湖南省益阳市2020年中考物理一轮夺分复习题型突破三计算题类型2电学综合计算课件 40页

类型 2 电学综合计算 题型解读 电学综合计算题涉及的知识点有“一个基本定律 ､ 两个基本电路 ､ 五个基本物理量” , 即 一个欧姆定律 , 串联 ､ 并联两个基本电路 , 电流 ､ 电压 ､ 电阻 ､ 电功 ､ 电功率 五个基本物理量 ｡ 解题策略 1. 这类题中涉及的基本公式 : (1) 欧姆定律 :R=U/I; (2) 电功 :W=UIt,W=I 2 Rt=U 2 /R×t( 适用于纯电阻电路 ); (3) 电功率公式 :P=W/t=UI,P=I 2 R=U 2 /R( 适用于纯电阻电路 )｡ 2. 涉及的规律 : (1) 串联电路中电流 ､ 电压的规律 :I=I 1 =I 2 ､U=U 1 +U 2 ; (2) 并联电路中电流 ､ 电压的规律 :I=I 1 +I 2 ､U=U 1 =U 2 ｡ 3. 解答这类题的步骤 : (1) 认真审题 ､ 分析题意 ､ 判断电路特点 ; (2) 根据不同情况 ､ 画出等效电路图 ; (3) 寻找电路中物理量之间的联系 ; (4) 准确运用公式进行计算 ｡ 自我挑战 限时训练一 (25 分钟 ) 单开关的电路计算 1.(2012· 益阳 ) 学校公共卫生间路灯的连接如图所示 , 已知每只灯泡的规格为“ 220V100W”｡ 不考虑灯泡电阻受温度的影响 , 求 : (1) 其中一只灯泡的电阻 ; (2) 电路的电压正常时 , 每只灯泡发光的功率 ｡ 解 :(1) 由 P=U 2 /R 可得 , 一只灯泡的电阻 :R=U 2 /P=(220V) 2 /100W=484Ω; (2) 由于两灯串联 , 每只灯泡两端的电压都为 110V, 则每只灯泡发光的功率 :P 实 =U 2 实 /R=(110V) 2 /484Ω=25W｡ 单开关含滑动变阻器的串联电路计算 2. 如图是一个温度可调的育苗箱电路 , 电源电压为 36V 且保持不变 ｡ 发热电阻 R 1 的阻值为 40Ω,R 2 为滑动变阻器 ｡ 闭合开关 S, 将滑动变阻器的滑片 P 移到 a 端时 ,R 1 的功率最大 ; 将滑片 P 移到 b 端时 , 电路中的电流为 0.4A｡ 求 : (1)R 1 的最大功率 ; (2) 滑动变阻器 R 2 的最大阻值 ; (3) 将滑片 P 移到某一位置 ,R 2 两端电压为 16V 时 , 通电 5min, 电流对整个电路做的功 ｡ 解 :(1) 滑片 P 在 a 端时 , 电路中只有 R 1 , 所以 R 1 两端的电压就是电源电压 , 则 R 1 的最大功率 :P 1 最大 =U 2 /R 1 =(36V) 2 /40Ω=32.4W; (2) 当滑片 P 位于 b 端时 , 滑动变阻器全部连入电路 , 且与 R 1 串联 , 此时电路中的总电阻 :R 总 =U/I=36V/0.4A=90Ω, 则滑动变阻器的最大阻值 : R 滑 max =R 总 -R 1 =90Ω-40Ω=50Ω; (3) 将滑片 P 移到某一位置 ,R 2 两端电压为 16V 时 , R 1 两端的电压 :U 1 =U-U 2 =36V-16V=20V, 则电路电流 :I=U 1 /R 1 =20V/40Ω=0.5A, 则通电 5min, 电流对整个电路做的功 : W=UIt=36V×0.5A×5×60s=5400J｡ 3. 如图所示 , 电源电压为 6V 且保持不变 , 滑动变阻器 R 铭牌上标有“ 1A20Ω” 字样 , 电阻 R 0 =10Ω, 电流表量程是 0~0.6A, 电压表量程是 0~3V (1) 当滑动变阻器滑片处在最右端时 , 求电流表和电压表示数 ; (2) 为了保证各电路元件安全 , 求 R 接入电路中的阻值范围 ｡ 解 :(1) 当滑动变阻器滑片处在最右端时 , 滑动变阻器接入电路中的阻值最大 , 即 R=20Ω, 所以电路中的电流 , 即电流表示数 : I=U/(R 0 +R)=6V/(10Ω+20Ω)=0.2A, R 0 两端的电压 , 即电压表示数 : U 0 =IR 0 =0.2A×10Ω=2V; (2) 当电压表的示数 U 1 为 3V 时 , 电路中的电流最大 , 则通过 R 0 的电流 :I 0 =U 1 /R 0 =3V/10Ω=0.3A, 为保证各电路元件安全 , 允许滑动变阻器 R 接入电路中的最小电阻 : R 最小 =U 滑 /I 0 =(U-U 1 )/I 0 =(6V-3V)/0.3A=10Ω, 所以 R 接入电路中的阻值范围是 10~20Ω｡) 4. 如图所示电路 , 电源电压保持不变 , 灯泡 L 标有“ 6V2W” 字样 , 定值电阻 R 1 的阻值为 12Ω, 滑动变阻器 R 的最大阻值为 200Ω, 允许通过的最大电流为 1A, 电压表接入电路的量程是 0~15V｡ 当开关 S 闭合后 , 滑动变阻器的滑片 P 移到某位置时 , 电压表示数为 8V, 此时灯泡恰好正常发光 ｡( 忽略温度变化对灯泡电阻的影响 ) 求 : (1) 灯泡电阻的大小 ; (2) 电源电压 ; (3) 当滑动变阻器连入电路的电阻为 30Ω 时 , 灯泡的实际功率 ; (4) 在保证电路元件不烧坏的情况下 , 滑动变阻器允许连入电路的阻值范围是多少 ? 解 :(1) 由 P=U 2 /R 可得 , 灯泡的电阻 :R L =U 2 L /P L =(6V) 2 /2W=18Ω; (2) 由 P=UI 可得 , 灯泡正常发光时电路电流 :I L =P L /U L =2W/6V= (1/3)A, 由 I=U/R 可得 , 定值电阻两端的电压 :U 1 =I L R 1 = (1/3) A×12Ω=4V, 所以电源电压 :U=U L +U 1 +U P =6V+4V+8V=18V; (3) 当滑动变阻器连入电路的电阻为 30Ω 时 , 电路电流 :I=U/(R 1 +R L +R P )=18V/(12Ω+18Ω+30Ω)=0.3A, 灯泡的实际功率 :P 实 =I 2 R L =(0.3A) 2 ×18Ω=1.62W｡ (4) 当灯泡通过的电流最大时 , 此时电路电阻 : R 总 =U/I L =18V /(1/3) A=54Ω, 滑动变阻器接入电路的最小电阻 :R min =R 总 -R 1 -R L =54Ω-12Ω-18Ω=24Ω; 电压表示数最大为 15V, 此时定值电阻与灯泡两端的电压之和 :U′=U-U R =18V-15V=3V, 电路电流 :I R =U′/(R 1 +R L )=3V/(12Ω+18Ω)=0.1A, 此时滑动变阻器接入电路的最大电阻 :R max =U R /I R =15V/0.1A=150Ω｡ 故滑动变阻器允许连入电路的阻值范围是 24~150Ω｡) 5. 如图甲所示电路 , 电源电压为 3V,R 1 为定值电阻 ,R 2 为滑动变阻器 , 当开关 S 1 ､S 2 都闭合后 , 电流表的示数为 0.6A｡ (1) 求电阻 R 1 的阻值 ; (2) 当 S 1 闭合 ,S 2 断开时 , 将滑片 P 移到中点 , 电流表的示数如图乙所示 , 求电阻 R 2 的最大阻值 ; (3) 当 S 1 闭合 ,S 2 断开时 , 将滑片 P 从 a 端移至 b 端 , 求电路消耗的总功率的变化量 ｡ 解 :(1) 当开关 S 1 ､S 2 都闭合后 , 电路为 R 1 的基本电路 , 电流表测量电路电流 ; 由 I=U/R 可得 , 电阻 R 1 的阻值 :R 1 =U/I=3V/0.6A=5Ω; (2) 当 S 1 闭合 ,S 2 断开时 , 定值电阻与滑动变阻器串联 , 电流表测量电路电流 ; 根据图乙可知 , 电流表的示数为 0.2A, 因此滑片在中点时 , 电路电流为 0.2A; 由 I=U/R 可得 , 电路的总电阻 :R=U/I′=3V/0.2A=15Ω; 则此时滑动变阻器接入电路的阻值 :R 2 =R-R 1 =15Ω-5Ω=10Ω, 电阻 R 2 的最大阻值 :R 2max =2R 2 =2×10Ω=20Ω; (3) 当 S 1 闭合 ,S 2 断开时 , 定值电阻与滑动变阻器串联 , 电流表测量电路电流 ; 当滑片在 a 端时 , 电路为 R 1 的基本电路 , 则电路的电流为 0.6A, 电路消耗的总功率 :P a =UI=3V×0.6A=1.8W; 当滑片在 b 端时 , 定值电阻与滑动变阻器串联 , 电路的电流 :I″=U/(R 1 +R 2max )=3V/(5Ω+20Ω)=3/25A, 电路消耗的总功率 :P b =UI″=3V×(3/25A)=0.36W; 故当 S 1 闭合 ,S 2 断开时 , 将滑片 P 从 a 端移至 b 端 , 电路消耗的总功率的变化量 :ΔP=P a -P b =1.8W-0.36W=1.44W｡ 限时训练二 (25 分钟 ) 单开关含滑动变阻器的并联电路计算 1. 如图所示 , 电源电压恒为 6V,R 2 =50Ω, 当滑动变阻器的滑片 P 滑至中点时 , 闭合开关 S, 电流表示数为 0.36A｡ (1) 此时滑动变阻器接入电路的电阻是多少 ? (2) 当滑动变阻器接入电路的阻值最大时 , 电流表的示数为多少 ? (3) 滑动变阻器的滑片 P 是否允许调到最左端 , 为什么 ? 解 :(1) 由图可知 ,R 1 与 R 2 并联 , 电流表测干路电流 , 则 U 1 =U 2 =U=6V, 则通过 R 2 的电流 : I 2 =U 2 /R 2 =6V/50Ω=0.12A, 则通过 R 1 的电流 : I 1 =I-I 2 =0.36A-0.12A=0.24A, 由 I=U/R 可得 , 滑动变阻器接入电路的电阻 : R 1 =U/I 1 =6V/0.24A=25Ω; (2) 当滑动变阻器的滑片 P 在中点时 , 电阻为 25Ω, 当滑动变阻器接入电路的阻值最大时 , R′ 1 =2R 1 =2×25Ω=50Ω, 此时 ,I 1 ′=U/R′ 1 =6V/50Ω=0.12A, 所以电流表的示数 : I 总 =I′ 1 +I 2 =0.12A+0.12A=0.24A; (3) 不能 ; 因为滑动变阻器的滑片 P 调到最左端时 , 接入电路的电阻为零 , 将会造成电源短路 , 这是不允许的 ｡) 多开关的电路计算 2. 如图所示 ,R 1 =30Ω,R 2 =20Ω, 电源电压保持不变 ｡( 假设小灯泡 L 的电阻不变 ) (1) 当 S 1 ､S 2 都闭合时 , 电流表 A 1 的示数为 0.5A, 小灯泡 L 恰好正常发光 , 求电源电压 ; (2) 当 S 1 ､S 2 都断开时 , 电流表 A 2 的示数为 0.2A, 求小灯泡 L 的电阻和实际功率 ; (3) 求小灯泡 L 的额定功率 ｡ 解 :(1) 当 S 1 ､S 2 都闭合时 ,L 与 R 2 并联在电路中 , 电流表 A 1 测通过 R 2 的电流 , 由 I=U/R 可得 , 电源电压 :U=U 2 =I 2 R 2 =0.5A×20Ω=10V; (2) 当 S 1 ､S 2 都断开时 ,L 与 R 1 串联在电路中 , 电流表 A 2 测电路中的电流 , 则电路中的电流 :I=I 1 =I L =0.2A, 由 I=U/R 可得 , 电路中的总电阻 : R=U/I=10V/0.2A=50Ω, 则小灯泡 L 的电阻 :R L =R-R 1 =50Ω-30Ω=20Ω, 由 P=I 2 R 得 , 小灯泡 L 的实际功率 : P L =I 2 R L =(0.2A) 2 ×20Ω=0.8W; (3) 由 (1) 知 , 小灯泡 L 正常发光 , 则小灯泡 L 的额定电压 :U L 额 =U=10V, 故小灯泡 L 的额定功率 : P L 额 =U 2 L 额 /R L =(10V) 2 /20Ω=5W｡ 3. 如图所示 , 电源电压 U=6V, 电阻 R 1 =6Ω, 电阻 R 2 =4Ω｡ (1) 只闭合 S 1 , 通过 R 1 的电流是多大 ? (2) 只闭合 S 2 , 通电 10s 的时间内 R 2 消耗的电能是多大 ? (3) 当三个开关处于何种状态时 , 整个电路消耗的电功率最大 ? 求出此时的最大电功率 ｡ 解 :(1) 只闭合 S 1 时 , 电路为 R 1 的简单电路 , 则通过 R 1 的电流 :I 1 =U/R 1 =6V/6Ω=1A; (2) 只闭合 S 2 时 ,R 1 与 R 2 串联 , 电路中的电流 :I 2 =U/(R 1 +R 2 )=6V/(6Ω+4Ω)=0.6A, 则通电 10s 的时间内 R 2 消耗的电能 : W=I 2 2 R 2 t=(0.6A)2×4Ω×10s=14.4J; (3) 当开关 S 1 ､S 3 闭合 ,S 2 断开时 ,R 1 与 R 2 并联 , 电路中的总电阻最小 , 由 P=U 2 /R 可知 , 电源电压一定时 , 电功率最大 , 则整个电路消耗的最大电功率 : P max =P 1 +P 2 =U 2 /R 1 +U 2 /R 2 =(6V) 2 /6Ω+(6V) 2 /4Ω=15W｡ 电路与图像综合计算 4.(2019· 益阳模拟 ) 如图所示电路 , 电源电压恒为 6V, 滑动变阻器 R 的阻值变化范围为 0~30Ω, 灯泡的 U-I 图像如图乙所示 ｡ 闭合开关 S, 将滑动变阻器的滑片移到最左端 , 灯泡正常发光 , 此时电流表示数 I 1 =1.2A｡ 求 : (1) 灯泡正常工作的电流 I L ; (2)R 0 的阻值 ; (3) 灯泡两端的电压为 1V 时 , 滑动变阻器消耗的电功率 ｡ 解 :(1) 由图甲可知 , 滑片在最左端时 , 滑动变阻器接入电路的阻值为 0, 灯泡和 R 0 并联 , 电流表测干路电流 , 因为此时灯泡正常发光 , 所以灯泡的额定电压 :U L 额 =U=6V, 由图乙可知 , 灯泡正常发光时的电流 I L =0.6A; (2) 灯泡正常发光时 , 根据并联电路的电流特点可得 , 通过 R 0 的电流 :I 0 =I 1 -I L =1.2A-0.6A=0.6A, 由 I=U/R 可得 ,R 0 的阻值 :R 0 =U/I 0 =6V/0.6A=10Ω; (3) 当灯泡两端的电压为 1V 时 , 由图乙可知 , 通过灯泡的电流为 0.2A; 因为串联电路电流处处相等 , 所以通过滑动变阻器两端的电流也为 0.2A, 因为串联电路各支路电压相等 , 所以滑动变阻器的电压 :U 滑 =U-U′ L =6V-1V=5V, 则滑动变阻器消耗的电功率 : P 滑 =U 滑 I=5V×0.2A=1W｡ 5. 如图甲是某电吹风的工作原理图 ｡ 电吹风工作时 , 可分别吹出热风和凉风 , 为了防止温度过高 , 用一个 PTC 电阻 R 0 与电热丝 R 串联 , 电热丝阻值恒为 50Ω,R 0 的阻值随温度的变化如图乙所示 , 电动机正常工作时的功率为 80W, 求 : (1) 当开关 S 位于 2 位置时 , 电吹风连续工作 5min 消耗多少电能 ? (2) 吹热风时电热丝的最大发热功率是多少 ? 解 :(1) 当开关 S 位于 2 位置时 , 只有电动机接入电路 , 所以电吹风吹出冷风 , 由题知 , 电动机正常工作时的功率为 80W, 所以连续工作 5min 消耗电能 : W=P M t=80W×5×60s=2.4×10 4 J; (2) 由图甲知 ,R 0 与 R 串联 , 由图乙可知 , 当温度为 35℃ 时 ,R 0 的电阻最小为 5Ω, 此时 R 0 与电热丝串联支路的总电阻 : R 总 =R 0 +R=5Ω+50Ω=55Ω, 电源电压一定 , 此时电热丝所在支路的最大电流 : I max =U/R 总 =220V/55Ω=4A, 此时该电热丝的最大发热功率 :P max =I 2 max R=(4A) 2 ×50Ω=800W｡ 6. 半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间 ｡ 其电阻受温度影响较大 ｡ 图甲是某种半导体材料的电阻随温度变化的关系图像 ｡ 根据这种半导体材料电阻的特性 , 小星和他的同学设计了一个电路 ( 如图乙所示 ), 可以测定某一空间的温度 ｡ 使用的器材如下 : 半导体电阻 R､ 电源 ､ 电流表 (0~0.6A)､ 开关 , 定值电阻 R 0 ( 阻值为 10Ω)､ 导线若干 ｡ (1) 定值电阻 R 0 的作用是什么 ? (2) 当环境温度为 20℃ 时 , 电流表的示数为 0.2A, 求电源电压 ｡ (3) 当电流表的示数为 0.4A 时 , 当时环境温度是多少 ? 半导体电阻的电功率是多少 ? 解 :(1) 定值电阻在电路中能够起到保护电路的作用 , 防止电路电流过大 ; (2) 由图甲可知 , 当 t=20℃ 时 ,R=50Ω, 电阻 R 与 R 0 串联 , 电路总电阻 :R 总 =R 0 +R=10Ω+50Ω=60Ω, 由 I=U/R 可得 , 电源电压 :U=IR 总 =0.2A×60Ω=12V; (3) 由题意知 , 电流表的示数 I′=0.4A, 定值电阻 R 0 两端的电压 :U 0 =I′R 0 =0.4A×10Ω=4V,