四川省达州市2020年中考物理二轮复习计算题05类型五电学综合计算题型突破课件 23页

类型5 电学综合计算 1.在如图所示电路中，小灯泡L标有 “ 4V1.6W ” 字样，定值电阻R 1 =20Ω，滑动变阻器R 2 允许通过的最大电流为1A，电流表A 1 的量程为0~0.6A，电流表A 2 的量程为0~3A，电压表的量程为0~3V，电源电压和小灯泡的阻值均保持不变。只闭合开关S 2 时，电压表的示数为2V；将滑动变阻器滑片滑到最左端，闭合所有开关，此时电流表A 2 示数为0.5A。求： (1)电源电压； (2)滑动变阻器R 2 的最大阻值； (3)只闭合开关S 3 ，在电路安全的情况下，小灯泡电功率的变化范围。 解：(1)由P=U 2 / R可得，灯泡L的电阻：R L =U L额 2 / P L额 =(4V) 2 / 1.6W=10Ω， 只闭合开关S 2 时，灯泡L与电阻R 1 串联，电压表测L两端的电压， 此时电路中的电流：I=U L / R L =2V / 10Ω=0.2A， 电源电压：U=I(R L +R 1 )=0.2A×(10Ω+20Ω)=6V； (2)将滑动变阻器滑片滑到最左端，闭合所有开关，电阻R 1 与R 2 的最大阻值并联，电流表A 2 测干路电流， 此时电路的总电阻：R=U / I′=6V / 0.5A=12Ω， 1 / R=1 / R 1 +1 / R 2 ，即1 / 12Ω=1 / 20Ω+1 / R 2 ， 解得：R 2 =30Ω， 即滑动变阻器R 2 的最大阻值为30Ω； (3)只闭合开关S 3 时，灯泡L与滑动变阻器R 2 串联，电流表A 1 测电路中的电流，电压表测L两端的电压， 当电压表的示数U L ′=3V时，灯泡两端的电压最大，其实际电功率最大，P Lmax =U′ L 2 / R L =(3V) 2 / 10Ω=0.9W， 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，灯泡L消耗的电功率最小， 此时电路中的电流：I min =U /( R L +R 2 ) =6V /( 10Ω+30Ω ) =0.15A， 则灯泡的最小电功率：P Lmin =I 2 min R L =(0.15A) 2 ×10Ω=0.225W， 所以小灯泡电功率的变化范围为0.225~0.9W。 2.如图所示，电源电压保持不变，滑动变阻器R最大阻值为10Ω，小灯泡L标有 “ 6V3W ” 字样。闭合开关S､S 1 ､S 2 ，滑动变阻器滑片P移至最左端时，小灯泡L恰好正常发光。闭合开关S､S 1 ，断开开关S 2 ，电压表的示数为3.6V，忽略小灯泡电阻随温度的变化。求： (1)电源电压及小灯泡L的电阻； (2)R 1 的阻值； (3)闭合开关S､S 2 ，断开开关S 1 ，滑动变阻 器消耗的电功率为0.72W时，电流表的示数。 解：(1)由图知，闭合开关S､S 1 ､S 2 ，滑动变阻器滑片P移至最左端时，变阻器接入电路的阻值为0，此时R 1 被短路，电路为灯泡的基本电路； 因为小灯泡L恰好正常发光， 所以电源电压：U=U L =6V， 由P=U 2 / R可得，小灯泡L的电阻：R L =U 2 L额 / P L额 =(6V) 2 / 3W=12Ω； (2)闭合开关S､S 1 ，断开开关S 2 ，小灯泡L与电阻R 1 串联，电压表测小灯泡L两端的电压，电压表的示数为3.6V， 则R1两端的电压：U 1 =U-U L =6V-3.6V=2.4V， 忽略小灯泡电阻随温度的变化，根据串联电路中电流的规律可得：U L / R L =U 1 / R 1 ，代入数据，3.6V / 12Ω=2.4V / R 1 ， 解得：R 1 =8Ω； (3)闭合开关S､S 2 ，断开开关S 1 ，移动滑片P，滑动变阻器与灯泡串联， 滑动变阻器的电功率为0.72W时，设此时滑动变阻器接入电路的电阻是R′，此时电流表的示数为I， 此时该电路的电流：I=U /( R L +R′ ) =6V /( 12Ω+R′ ) ①， 此时滑动变阻器的功率：P=I 2 R′=0.72W②， 联立①②解得：I=0.2A或0.3A， 当滑动变阻器接入阻值最大为10Ω时，电路中电流最小，则I min =U /( R L +R ) =6V /( 12Ω+10Ω ) ≈0.27A， 所以I=0.2舍去，即此时电流表的示数为0.3A。 3.如图甲所示，电源电压保持不变。小灯泡L标有 “ 4V0.5A ” 字样，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V，滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω。只闭合开关S､S 1 ，调节滑动变阻器的滑片P，得到电流表与电压表示数关系如图乙所示。求： (1)小灯泡的额定功率； (2)电源电压及定值电阻R 2 的阻值； (3)只闭合开关S和S 2 ，移动滑动变阻器的滑片P，小灯泡L的I - U图像如图丙所示，在保证各元件安全工作的情况下，滑动变阻器R 1 允许的取值范围。 解：(1)小灯泡的额定功率：P L额 =U L额 I L额 =4V×0.5A=2W； (2)只闭合S､S 1 时，滑动变阻器R 1 与R 2 串联，电压表测滑动变阻器R 1 两端的电压，电流表测电路中的电流，电源电压：U=U 1 +IR 2 ，在图乙中取两组数据代入公式，可得：U=3.0V+0.2A×R 2 ①， U=1.0V+0.4A×R 2 ②， 联立①②解得：U=5V，R 2 =10Ω； (3)只闭合开关S和S 2 ，灯泡L和滑动变阻器R 1 串联，电压表测量滑动变阻器R 1 两端的电压，电流表测电路中的电流，由串联电路的分压规律可知，当电压表示数最大为3V时，R 1 接入电路的电阻最大，电路中电流最小， 此时小灯泡两端电压：U L =U-U 1max =5V-3V=2V， 由图丙可知电路中最小电流：I min =0.4A， 则R 1 接入电路的最大电阻：R 1max =U 1max / I min =3V / 0.4A=7.5Ω； 灯泡L正常工作时电流：I max =0.5A<0.6A(电流表安全)，灯泡L正常工作时的电压为4V，此时滑动变阻器两端的电压：U 1min =U-U L额 =5V-4V=1V， 则R 1 接入电路的最小电阻：R 1min =U 1min / I max =1V / 0.5A=2Ω， 所以滑动变阻器R 1 允许的取值范围是2~7.5Ω。 4.如图所示，电源电压恒为4.5V，灯泡L上标有 “ 3V1.5W ” 字样，滑动变阻器R 2 上标有 “ 15Ω1A ” 字样，定值电阻R 1 阻值为10Ω，电流表量程为0~3A，电压表量程为0~3V，不计温度对灯丝电阻的影响。求： (1)灯泡正常工作时的电阻； (2)当开关S､S 1 ､S 2 闭合，S 3 断开时，电路的最小总功率； (3)当开关S､S 3 闭合，S 1 ､S 2 断开时，在确保电路 元件安全的情况下，滑动变阻器R 2 的取值范围。 解：(1)由P=U 2 / R得，灯泡正常工作时的电阻：R L =U 2 L额 / P L额 =(3V) 2 / 1.5W=6Ω； (2)当开关S､S 1 ､S 2 闭合，S 3 断开时，灯泡L被短路，定值电阻R 1 与滑动变阻器R 2 并联， 当滑动变阻器R 2 接入电路的阻值最大为15Ω时，电路的总电流最小，电路的总功率最小， 通过R 1 的电流：I 1 =U / R 1 =4.5V / 10Ω=0.45A， 通过滑动变阻器R 2 的电流：I 2 =U / R 2 =4.5V / 15Ω=0.3A， 电路的最小总功率：P min =U(I 1 +I 2 )=4.5V×(0.45A+0.3A)=3.375W； (3)当开关S､S 3 闭合，S 1 ､S 2 断开时，R 1 断路，灯泡L与滑动变阻器R 2 串联，电压表测滑动变阻器R 2 两端电压；灯泡的额定电流：I L额 =P L额 / U L额 =1.5W / 3V=0.5A， 因为灯泡额定电流I L额 =0.5A，电流表量程为0~3A，滑动变阻器标有 “ 15Ω1A ” 字样， 所以，在确保电路元件安全的情况下，电路中最大电流为I max =I L额 =0.5A，此时滑动变阻器R 2 连入电路阻值最小，则电路的最小总电阻：R min =U / I max =4.5V / 0.5A=9Ω， 滑动变阻器R 2 连入电路的最小阻值：R 2min =R min -R L =9Ω-6Ω=3Ω； 因为电压表量程为0~3V，所以在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器两端电压最大为U 2max =3V时，此时滑动变阻器R 2 连入电路的阻值最大， 此时电路中的最小电流：I min = ( U-U 2max )/ R L = ( 4.5V-3V )/ 6Ω=0.25A， 滑动变阻器R 2 连入电路的最大阻值：R 2max =U 2 / I min =3V / 0.25A=12Ω， 综上所述，滑动变阻器R 2 的取值范围为3~12Ω。 5.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑片P置于滑动变阻器R 2 的最右端B处时，电压表的示数为4V，定值电阻R 1 的功率为0.8W；当滑片P置于滑动变阻器R 2 的中点时，电压表的示数变化了1V。求： (1)电源电压； (2)R 1 的阻值； (3)电路前后电流之比； (4)电路总功率变化量。 解：(1)由电路图可知，R 1 与R 2 串联，电压表测滑动变阻器R 2 两端的电压， 当滑片P置于滑动变阻器R的最右端B处时，电路中的电流：I 1 =U /( R 1 +R 2 ) ， 则滑动变阻器两端的电压：U 2 =I 1 R 2 =U /( R 1 +R 2 ) ×R 2 =4V①， 由图知，当滑片P置于滑动变阻器R 2 的中点时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，由串联分压的规律可知，电压表的示数减小，即此时滑动变阻器两端的电压：U′ 2 =U 2 -ΔU=4V-1V=3V， 同理可得，此时滑动变阻器两端的电压：U′ 2 =U /( R 1 +R 2 / 2 ) ×R 2 / 2=3V②， 联立①②解得：R 2 =2R 1 ③， 将③代入①式可得：U /( R 1 +2R 1 ) ×2R 1 =4V， 解得：U=6V，即电源电压为6V； (2)当滑片P置于滑动变阻器R 2 的最右端B处时，电压表的示数为4V， 定值电阻R 1 两端的电压：U 1 =U-U 2 =6V-4V=2V， 此时定值电阻R 1 的功率为0.8W， 即P 1 =U 2 1 / R 1 =(2V) 2 / R 1 =0.8W， 解得：R 1 =5Ω； (3)R 2 =2R 1 =2×5Ω=10Ω，电路前后电流之比：I 1 ∶I 2 =U /( R 1 +R 2 ) ∶U ( R 1 +R 2 / 2 ) = ( 15Ω+10Ω ) ∶ ( 15Ω+5Ω ) =2∶3； (4)电路总功率变化量：ΔP=P 2总 -P 1总 =U 2 /( R 1 +R 2 / 2 ) -U2 /( R 1 +R 2 ) =(6V) 2 /( 5Ω+5Ω ) -(6V) 2 /( 5Ω+10Ω ) =1.2W。 6.如图所示，灯泡L上标有 “ 6V2.4W ” 字样，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~15V。滑动变阻器的最大电阻为160Ω。只闭合S1，滑片置于某点a时，滑动变阻器接入电路中的电阻R a =40Ω，电压表示数U a =12V，电流表示数为I a ；只闭合S 2 ，滑片置于某点b时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R b ，电流表示数为I b 。已知I a ∶I b =3∶4，R b ∶R 0 =3∶2(灯丝电阻不随温度变化)，滑片移动过程中，灯泡电压不超过额定值，电表示数不超过量程。求： (1)小灯泡正常发光时的电阻； (2)定值电阻R 0 和电源电压U； (3)只闭合S 1 时，电路消耗的最小功率。 解：(1)由P=UI=U 2 / R得，灯泡正常发光时的电阻R L =U 2 L额 / P L额 =(6V) 2 / 2.4W=15Ω； (2)只闭合S 1 时，滑动变阻器R a 和定值电阻R 0 串联，电压表示数U a =12V，已知电阻R a =40Ω， 由I=UR得，此时电路中电流，即电流表示数：I a =U a / R a =12V / 40Ω=0.3A， 则电源电压：U=U a +IaR 0 =12V+0.3A×R 0 ①， 只闭合S 2 ，滑片置于某点b时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R b ，小灯泡L与R b 串联，电流表示数为I b ，由题意知，I a ∶I b =3∶4， 则I b =4 / 3I a =4 / 3×0.3A=0.4A，电源电压：U=I b (R b +R L )=0.4A×(R b +15Ω)②， 已知R b ∶R 0 =3∶2③， 联立①②③解得：R 0 =20Ω，U=18V； (3)只闭合S 1 时，滑动变阻器和定值电阻R 0 串联，要使电路消耗的功率最小，则滑动变阻器这时连入电路的阻值达到最大值设为R最大，即此时滑动变阻器两端的电压可以达到电压表的最大量程15V， 根据串联电路的电流特点和欧姆定律得： ( U-U max ） / R 0 =U max R max ，即 ( 18V-15V )/ 20Ω=15VR max ，解得：R max =100Ω， 而滑动变阻器R的最大电阻为160Ω，即滑动变阻器连入电路的阻值可以最大达到100Ω， 则电路中的最小电流：I min =U 滑max / R max =15V / 100Ω=0.15A， 消耗的最小功率：P min =UI min =18V×0.15A=2.7W。 7.如图甲所示电路中，电源电压保持不变。灯泡L标有 “ 6V3W ” 字样。只闭合开关S 1 ，滑片P处于a点时，灯泡恰好正常发光；只闭合开关S 2 ，滑片P由a点移动到b点过程中，电压表示数的变化量为2.1V，电压表示数与电流表示数的变化图像如图乙所示。求： (1)小灯泡L正常发光时的电阻； (2)滑片P在a､b两点时，R的电功率变化量； (3)只闭合开关S 2 ，滑片P分别在a点和b点时 R 0 连入电路的阻值比。 解：(1)由P=U 2 / R可得，小灯泡L正常发光时的电阻：R L =U 2 L / P L =(6V) 2 / 3W=12Ω； (2)当只闭合开关S 2 时，电阻R与滑动变阻器R 0 串联， 根据题意结合图乙可知，滑片P在a点时电路中的电流：I a =0.45A，滑片P在b点时电路中的电流：I b =0.3A， 由于电压表示数的变化量为2.1V，则I a R-I b R=ΔU， 即0.45A×R-0.3A×R=2.1V，解得：R=14Ω， 则电阻R的电功率变化量： ΔP=I 2 a R-I 2 b R=(0.45A) 2 ×14Ω-(0.3A) 2 ×14Ω=1.575W；