中考物理试题分类汇编电学压轴题之最值问题

中考物理试题分类汇编电学压轴题之最值问题

‎2013年中考物理试题电学压轴题之最值问题 R L R0‎ S1‎ S2‎ P V A 图17‎ ‎1、（2013河北）如图17所示，L上标有“6 V 3 W”字样，电流表量程为0~0.6 A，电压表量程为0~15 V，变阻器R的最大电阻为100 Ω。只闭合S1，滑片置于a点时，变阻器连入电路中的电阻为Ra ，电流表示数为Ia。只闭合S2，移动滑片，变阻器两端电压与其连入电路的电阻关系如图18所示 ；当滑片置于b点时，电压表示数Ub = 8 V，电流表示数为Ib。已知Ra∶R0 = 12∶5，Ia∶Ib = 3∶5。（灯丝电阻不随温度变化）‎ UR/V ‎16‎ R/Ω Ub Umax Rmax 图18‎ 求：（1）小灯泡的电阻；‎ ‎（2）定值电阻R0和电源电压；‎ ‎（3）在电表的示数不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定 值的情况下，只闭合S1时，变阻器连入电路的最小电 阻为多少；只闭合S2时，电路消耗的最小功率为多少。‎ ‎ （1）因为 ，则小灯泡的电阻：‎ ‎（2）只闭合S2，R与R0串联，滑片P置于b点时，Ub = 8 V，由图可知电阻Rb =16 Ω，则电流 ‎ ‎ 电源电压：U = Ib (Rb+ R0) = 0.5 A×(16 Ω+ R0) ① ‎ 只闭合S1，R与L串联，当滑片P置于a点，由于Ia∶Ib = 3∶5，则Ia = 0.3 A ‎ 电源电压：U = Ia (Ra+ RL) = 0.3 A×(Ra+ 12 Ω) ② ‎ 已知Ra∶R0 = 12∶5，再由①②式，可得: R0 = 20 Ω，U = 18 V ‎ ‎（3）只闭合S1，电流表的量程大于灯的额定电流，则电路中最大电流等于灯的额定电流0.5 A。‎ 得变阻器接入电路的最小电阻R最小= 24 Ω ‎ 只闭合S2，变阻器两端电压为15 V时，连入电路中的电阻最大 由于，则变阻器接入电路的最大电阻R最大= 100 Ω ‎ 电路消耗的最小功率： ‎ 9‎ ‎2、（2013重庆B卷）生活中大多数电热器都有多个档位，学习了电功率知识后，小锐同学利用电压为6V的电源，两个阻值不同的定值电阻，设计了如图15所示的电路来探究电热器多档位的问题。已知R1=10Ω，R2=30Ω，请计算:‎ ‎（1）S1、S2断开，S3闭合时，电路中的电流是多少?‎ ‎（2） S1断开，S2、S3闭合时，通电5min电路消耗的电能是多少?‎ ‎（3）该电路的最大功率和最小功率之比是多少? ‎ ‎1）当只闭合S3时，R1和R2串联在电路中 ‎ R串＝R1+R2＝10Ω+30Ω＝40Ω ‎（2）当只断开S1时，只有R2接入电路中 ‎（3）当R1和R2并联在电路中时，电路的总功率最大 当R1和R2串联在电路中时，电路的总功率最小 ‎3、（2013玉林）如图15所示，电源电压为6V，滑动变阻器R1标有“10Ω 2A”的字样，当滑动变阻器滑片P在最右端时，闭合开关S，电流表的0.5A。求：‎ ‎（1）R2的阻值；‎ ‎（2）此时电流表的示数；‎ ‎（3）若在电路安全工作的前提下，移动滑动变阻器滑片P，电路消耗的总功率范围。‎ 解：（1)电流表测R2的电流，R1与R2并联，R2=U/I2=6V/0.5A=12Ω (2) 滑片P在最右端时，通过滑动变阻器的电流I1=U/R1=6V/10Ω=0.6A 电流表的示数I=I1+I2=0.6A+0.5A=1.1A (3) 要电路安全工作，通过滑动变阻器的电流不能超过 9‎ ‎2A,这时既不损坏滑动变阻器也不会损坏电流表。故I最大=0.5A+2A=2.5A，P最大=UI最大=6V× 2.5A=15W。‎ 当滑片滑到最右端时，总电阻最大，总电流最小。‎ I最小=I2+U/R1=0.5A+6V/10Ω=1.1A ,‎ P最小=UI最小=6V×1.1A=6.6W ‎∴电路消耗的总功率范围为6.6W到15W S2‎ S1‎ S R2‎ R1‎ R2‎ S R1‎ ‎ ‎ ‎4、（2013泰安）如图所示，电源电压恒定不变，电阻R1的阻值为5Ω，小灯泡上标有“12V 6W”字样，闭合开关S．‎ ‎（1）当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器的滑片P移到最右端时，电流表的读数为1.7A，小灯泡恰能正常发光，求滑动变阻器的最大阻值。‎ ‎（2）当开关S1、S2都断开，滑动变阻器的滑片P在最右端，求电流表的读数和滑动变阻器消耗的电功率。‎ 解：（1）小灯泡正常发光的电流 ‎ ‎ 当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器的滑片P移到最右端时，L和R2并联，滑动变阻器中的电流： ‎ 因灯泡恰能正常发光，即电源电压U=UL额=12V, 滑动变阻器的最大阻值 ‎ ‎ (2) 当开关S1、S2都断开时，且P在最右端，R1和R2串联，接入电路中的总电阻 ‎ ‎ 电流表的读数 ‎ ‎ 此时滑动变阻器消耗的电功率 ‎ ‎ ‎5、（2013鄂州）“赛龙舟”是端午节里的传统节目。小安同学自制了一个卡通龙舟，她想用亮度可调节的红、绿灯做它的眼睛。她选用规格为“12V 6W”的红灯和“12V 12W”的绿灯及“24Ω 2A”的滑动变阻器等元件设计了如图电路。当闭合开关S、S1、S2，且滑动变阻器的滑片P移至b端时，两灯都正常发光(电源电压不变，不考虑灯丝电阻的变化)。求：‎ ‎（1）两灯都正常发光时电流表的示数为多少?‎ ‎（2）该电路中最大电功率和最小电功率分别为多少?‎ 解：(1)由P=UI可计算两灯的额定电流 ‎ I红=P红/U红=6W/12V=0.5A ‎ 9‎ ‎ I绿=P绿/U绿=12W/12V=1A ‎ 当闭合开关S、S1、S2，且滑动变阻器的滑片P移至b端时，红灯和绿灯并联且正常发光 I= I红+I绿=1.5A ， 电源电压U=U额=12V ‎ ‎(2)由P=U2/R R最小时功率最大 两灯泡并联且滑片P在b端时电路的总电阻最小，此时两灯正常发光 ‎ Pmax= P红+P绿=12W+6W=18W ‎ R最大时功率最小 电阻较大的灯泡与滑动变阻器全值串联电阻最大，由R= U2/P知红灯电阻较大 R红=U红2/P红=122V2/6W=24Ω 当闭合开关S、S1、S2，且滑动变阻器的滑片P移至b端时 当闭合开关S、S1、S2，且滑动变阻器的滑片P移至b端时 Rmax=R红+R1=48Ω ‎ Pmin=U2/Rmax=122V2/48Ω=3W ‎ ‎6、（2013长沙）小刚设计了一种小鸡孵化器的电路模型，如图所示，在一般情况下，只需灯光照明，温度较低时，则需要加热。电源电压为72V，R1为定值电阻，R2为发热电阻丝改成的滑动变阻器，其上标有“200Ω 3A”的字样，电流表A1的量程为0～0.6A，电流表A2的量程为0～3A，灯泡上标有“12V 3W”的字样。‎ ‎（1）灯泡正常工作时的电流是多大？‎ ‎（2）闭合S，断开S1、S2，灯泡正常工作，求R1的阻值。‎ ‎（3）S、S1、S2均闭合时，求R2上消耗电功率的最小值和最大值。‎ ‎（1） ‎ ‎ （2）闭合S，断开S1、S2，此时R1与L串联 由灯泡正常工作和串联电路中电流处处相等知UL=12V，I=IL=0.25A 根据欧姆定律得 R1=(U-U1)/I=(72V-12V)/0.25A=240 Ω ‎ （3） S、S1、S2均闭合时，R1与R2并联 当滑动变阻器R2的阻值最大时，R2上消耗电功率的最小 ‎ ‎ ‎ ‎ 因电流表A2允许通过的最大电流为3A，则允许通过滑动变阻器的最大电流 I2max=3A-0.3A=2.7A,且2.7A<3A 9‎ Pmax=UI2max=72V ×2.7A=194.4W 评析：本题滑动变阻器的最大电流受电流表A2量程的制约。‎ ‎7、（2013宜宾）如图所示，电源电压恒定不变，R2的阻值为8Ω，小灯泡L上标有“6V 3W”字样，小灯泡电阻不随温度改变。若闭合S1、S2，断开S3，小灯泡刚好正常发光，此时电压表的示数为3V，那么：（1）小灯泡L的电阻为多大？（2）电压电压为多少？（3）R1电阻为多大？（4）若闭合S1、S3，断开S2，并移动滑动变阻器R的滑片，滑动变阻器接入电路的电阻为多大时，电路的总功率最大。这个最大的功率等于多少？‎ L S2‎ R1‎ S3‎ V R2‎ R S1‎ 答案：（1）‎ ‎ （2）闭合S1、S2，断开S3，灯L和R1串联，此时灯正常发光 ‎ ‎ ‎ （3）灯L和R1串联，灯正常发光 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ （4）闭合S1、S3，断开S2，灯L、R2和滑动变阻器R串联 ‎ ‎ ‎ 当R=0Ω时，总电阻最小，总功率最大，但要考虑此时的最大电流是否超过IL额 ‎ 当R=0Ω时，电路的总电流I/=U/(RL+R2)=9V/(12Ω+8Ω)=0.45A,0.45A15V/3，满足题目要求.‎ R0最小=U0//I最大=6V/(0.5 A)=12Ω 综上所述滑动变阻器R0的阻值变化范围为12Ω~48Ω。‎ 评析：1、在一些情况下，滑动变阻器接入电路中的阻值变化范围并不是由0至其最大阻值，而是受到用电器额定电流、电表所选量程等多种因素的影响．为了保护电路安全，我们必须对它连人电路的最大阻值与最小阻值进行限制。‎ ‎2、解类似题的关键根据用电器的“电流”确定滑动变阻器的阻值范围．当用电器串联时，且它们允许通过的最大电流（一般是指额定电流）不同，为了保证电路安全及各用电器不被损坏，应选择较小的“最大电流”作为电路中允许通过的最大电流，此时计算对应的滑动变阻器接入电路中的阻值即为它连入电路中的最小阻值．另外，若是电路中存在电流表或电压表，还要考虑电表的安全，需要结合电表所选的量程来确定滑动变阻器接人电路中的阻值范围．‎ ‎10、（2013南充）如图l2所示，电源电压恒定，R1=10Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω,当S1、S2均断开，滑片P置于最下端B点时。电流表的示数为0.6A，求：‎ ‎（1）电源电压;‎ ‎（2）当S1、S2均断开，滑片P置于最上端A点时，在5min内通过R2的电流所产生的热量;‎ ‎（3）当S1、S2均闭合，滑片P在A、B两端点移动过程中（不包括A、B点），该电路所消耗的最小功率。‎ 解：‎ （1） 当S1、S2均断开，滑片P置于最下端B点时,只有R1工作 9‎ U=I1R1=0.6A×10Ω=6V ‎（2）当S1、S2均断开，滑片P置于最上端A点时，R1与R2串联,且R2阻值最大。‎ ‎ Q=I2R2t=（0.2）2×20×5×60J=240J （3） 当S1、S2均闭合，滑片P在A、B两端点移动（不包括A、B点）‎ R1被短路，此时电路是R上和R下两电阻组成的并联电路 要电路所消耗的最小功率最小，必须总电阻最大 R总=R上R下/（R上+R下） 且R上+R下=R2=20Ω 由数学知识配方法求最值可知R上=R下=10Ω时总电阻最大 R最大=5Ω，P最小=U2/R最大=(6V)2/5Ω=7.2W ‎11、（2013达州）如图所示，电源电压保持12V不变，L是标有“12V 6W”的小灯泡，其电阻不随温度变化，R=20Ω. ‎ ‎（1）当S、S1闭合、S2断开，且P位于滑动变阻器R0的中点时，电流表示数为0.4A.求滑动变阻器R0的最大阻值.‎ ‎（2）当S、S1、S2都闭合，且P位于a端时，求电流表的示数.‎ ‎（3）要使电路中的总功率最小，请指出开关S、S1、S2的开闭情况和滑片P的位置，并求出此时的最小功率.‎ ‎（1）当S、S1闭合、S2断开，且P位于R0的中点，L和R0串联 小灯泡的电阻RL=U2/P=(12V)2/6W=24Ω 根据欧姆定律可计算出此时的总电阻R总=U/I1=12V/0.4A=30Ω 设滑动变阻器的最大阻值为R0，此时其接入电路的阻值为R0/2‎ R0/2=R总－RL=30Ω－24Ω=6Ω，R0=12Ω 9‎ （2） 当S、S1、S2都闭合，且P位于a端时，L和R并联 并联的总电阻R总/=RLR/（RL+RL）=24Ω×20Ω/（24Ω+20Ω）=120/11Ω 电流表测的是电路的总电流，由欧姆定律可得：‎ I2=U/R总/=12V/(120/11Ω)=1.1A (3) 要使电路中的总功率最小，根据P=U2/R，应使电路总电阻最大。‎ 这时R与L只能选择一个阻值较大的（因为并联电路的总电阻比任何一个分电阻都要小），且滑动变阻器阻值调到最大，即当S、S1闭合，S2断开，P位于b时，总功率最小 I最小=U/(RL+R0) =12V/(24+12)Ω=1/3A P最小=UI最小=12V×1/3A=4W 评析：求整个电路的最大或最小功率问题，关键是找到整个电路的最小或最大电阻（本文中多数是这一题型）；而求某一定值电阻的最大或最小功率问题，关键是找到定值电阻的最大或最小电流（如第9题第1问）。当然还是要具体问题灵活运用电学公式进行分析和计算。‎ 9‎