中考物理电学难题及解析 38页

‎2019年中考物理电学难题及解析 ‎1．如图25所示电路，电源两端电压保持不变。当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器的滑片P移到A端时，R3的电功率为P3，电流表的示数为I1；当开关S1断开、S2闭合时，R3的电功率为P3’，电流表的示数为I2。已知P3:P3’ = 9:25，‎ ‎（1）求电流表的示数I1与I2的比值。‎ ‎（2）当开关S1、S2都断开，滑动变阻器的滑片P在中间某位置C时，变阻器接入电路的电阻为Rc，电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，已知U1:U2=3:2，Rc的电功率为10Ｗ，这时R3的电功率为P。通过闭合或断开开关及移动滑动变阻器的滑片，会形成不同的电路，电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3:1。求R3的电功率P。‎ 解:‎ ‎(1)当开关S1闭合、S2断开，变阻器的滑片移到B端时，等效电路如图甲所示；当开关S1断开、S2闭合时，等效电路如图乙所示。 ‎ ‎ ‎ ‎（2）当开关S1、S2都断开，变阻器的滑片在C点时，等效电路如图丙所示。‎ ‎∵ ∴‎ ‎∴3R1+3 RC = 2R３+2R1‎ ‎2R３ = R1+3 RC…………………………①‎ 电源两端电压一定，在甲、乙电路中，根据U=IR I1（R３+RB）= I2（R３+R1）‎ ‎3RB = 2R３+5R1…………………………②‎ 电路消耗功率最大应为开关S1、S2都闭合，只有R3接入。消耗功率最小应为R3、R1、滑动变阻器RB全部串联接入电路。‎ ‎∵电路总电压U一定 ‎∴＝＝‎ ‎2R3 = R1+RB …………………….……③‎ 根据①②③式，可得：R3＝2RC ‎ 在丙电路中，电流一定，‎ P = 2PC = 2×10Ｗ = 20Ｗ ‎1分 ‎1分 ‎1分 ‎1分 ‎1分 ‎1分 ‎ 1分 用其它方法解题，过程结论正确给分。‎ ‎2. 如图19所示电路电源两端电压恒定，定值电阻R1＝15W，忽略灯丝电阻值RL随温度的变化。只断开开关S3时，电流表的示数为I；只闭合开关S2时，电压表示数为U1，电流表的示数为I1＝0.4A；只断开开关S1，并把电阻箱R2接入电路的电阻值调整为原来的一半时，电压表的示数为U2，电流表的示数为I 2。若U1∶U2＝7∶10，I∶I 2＝2∶1。‎ 图19‎ 求：（1）灯泡L的电阻；‎ ‎（2）在上面的三个电路状态中，电路消耗的最大电功率。‎ 解：只断开关S3，电流表的示数为I，等效电路如图7甲所示；‎ ‎　 只闭合开关S2，电流表的示数为I1，等效电路如图7乙所示；‎ 只断开开关S1，电阻箱接入电路的电阻为原来的一半，等效电路如图7丙所示 U R1‎ R2‎ U I U1‎ R1‎ R2‎ U I2‎ RL I1‎ RL 甲 乙 丙 ‎∵= 即= ‎ ‎∴图乙中=； =……① ……… 1分 又∵= ∴=……② ‎ 则得：=； ‎ ‎ 则=； R2=6Ω…………1分 将R2=6Ω代入①式得：RL=9Ω …………2分 由图乙：U＝I ( R1＋R2＋RL)＝0.4A×(15W＋6W＋9W)＝12V ………1分 ‎（2）根据P= 电路中总电压不变，当电路中电阻最小时，电功率最大 由甲、乙、两三图分析，图甲电功率最大P===16W …2分 注：三个电路全对给1分 R1‎ R2‎ S1‎ S2‎ P 图19‎ ‎3．某校的同学们在研究电路消耗的电功率与电阻的关系时设计了如图19所示的电路，滑动变阻器的最大阻值为R３。当滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S1，滑动变阻器的功率为P3，电压表的示数为U1，电路中的电流为I1；当滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S2时，滑动变阻器的功率为P3′，电压表的示数为U2，电路中的电流为I2，此时电路的总电功率为4 W。已知， ，电路中电源两端电压保持不变。（6分）‎ ‎（1）求I1 与I2 之比 ‎（2）请你计算出电阻R1与电阻R2的比值。‎ ‎（3）请你回答：如何通过开关的断开与闭合以及滑动变阻器滑片位置的改变，使整个电路消耗的总电功率最大；并请你计算出这个总电功率。‎ ‎解： ‎ ‎（1）滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S1；等效电路如图（甲）所示 ‎ （2）滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S2；等效电路如图（乙）所示 ‎（3）滑动变阻器的滑片P置于最右端时，开关S1、S2都闭合；等效电路如图（丙）所示，电路消耗的电功率达到最大值P。‎ ‎-----------------------------------------------（三个电路图正确1分）‎ 由图甲、图乙得：‎ ‎∵= ∴= ----------------------1分 ‎∵= ∴= ----------------------1分 U一定：== R３=2 R2－3 R1 ‎ ‎∴R=5R1 ----------------------------------------------------------1分 由图（乙）（丙）U一定：‎ P=P1+P2===45W-----2分 ‎4．如图25所示电路，设电源电压不变，灯丝电阻不随温度变化。当只闭合开关S1时，‎ ‎ 电流表的示数是I1。当只闭合开关S2时，电流表的示数是I2。当断开S1 、S2时，电流 图25‎ R1‎ R2‎ S1‎ L S2‎ V V1‎ V2‎ V ‎ 表的示数是I3，电压表V1、V2示数之比为2:1，此时RL消耗的电功率为0.24W；当开 ‎ ‎ 关S1、S2闭合时，灯L正常发光，‎ ‎ 电流表的示数为I4。已知I1:I2 =2:1， ‎ ‎ 求：(1) 电阻R1与R2之比； ‎ ‎ (2) 电流I3与I4之比；‎ ‎ (3) 灯L的额定功率。‎ ‎38‎ I1‎ 图①（甲）‎ R2‎ 解：S1闭合，电路如图①， ‎ I2‎ 图②（甲）‎ ‎ S2闭合，电路如图②，‎ ‎ ‎ ‎ S1、S2断开，电路如图③， ‎ I3‎ R1‎ PL=0.24W RL 图③（甲）‎ U2 ‎ U1 ‎ R2‎ I4‎ RL 图④（甲）‎ R1‎ R2‎ ‎ S1、S2闭合，电路如图④，‎ ‎（1）由图①、②、③，有 ‎ ‎ ‎ ‎ ∴ ‎ ‎（2）由图③④得： ‎ ‎（3）‎ ‎ ‎ 说明：其它方法正确给分。‎ ‎5、现有一阻值不变的纯电阻元件R0，标有“6V 1.8W”字样，由于电路元件R0的实际电阻值与其标准值之间可能存在差异，所以导致所标的额定功率值有可能不准。如果电路元件实际电阻值与其标准电阻值之间的差异超过1.5欧，则该电路元件将不能使用，检测人员为检测该电路元件是否合乎标准，设计了如图所示的检测电路，已知电路中电流表的量程为0－0.6A，电压表的量程为0－3V，滑动变阻器标有“20Ω 1A”的字样；‎ ‎（1）请根据电路元件上所标的额定电压和额定功率，算出电路元件的标准电阻值；‎ ‎（2）若电路元件的额定功率刚好是1.8W，则电路中允许通过的最大电流是多大？电源电压不能超过多少伏？‎ ‎（3）某次元件检测时，检测人员闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.22A时，电压表的示数为2.42V；当电流表的示数为0.25A时，电压表的示数为1.85V，请通过计算判断所检测的电路元件是否可以使用？实际检测时，滑动变阻器的滑片是否能滑至最左端？说出理由。‎ 解：（1）由P额=U额2/R0得R0=U额2/P额=(6V)2/1.8W=20Ω (2) 电路元件的额定电流：I额=P额/U额=1.8W/6V=0.3A 与电流表允许通过的最大电流相比较，可确定电路中允许通过的最大电流是0.3A 为保证定值电阻不被损坏，其两端电压最大为其额定电压（即U0m=6V)‎ 滑动变阻器两端电压最大为3V(电压表的量程为0~3V,即URm=3V)‎ ‎电源电压的最大值：Um=U0m+URm=6V+3V=9V (3) 在实际检测时电源电压不变，由串联电路的电压特点和题意，可列出方程组：‎ U=2.42+0.22R0′ ① U=1.85+0.25R0′ ②‎ 联立①、②解得R0′ =19Ω ，U=6.6V.‎ 因为20Ω－19Ω=1Ω<1.5Ω，所以检测的电路元件可以使用。‎ 若滑动变阻器的滑片滑至最左端，元件R0两端电压等于电源电压6.6V，超过其额定电压，会损坏电路元件，故不能。‎ ‎6、热熔胶是生产中常用的粘合剂，它在常温下是固体，熔化后再冷却就能将物体牢牢地粘合在—起。图21甲是热熔胶枪(简称“胶枪”)的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件，电路如图21乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图21丙所示。胶枪扳机松开时，开关Sl断开，开关S2的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度(170℃~210℃)。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：固体胶条向前挤压，开关S1闭合，开关S2的触片与a触点接通，枪口冒出温度为170℃～210℃的胶液。在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。接通电源120 s后，问：‎ ‎（1）胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多大?‎ ‎（2）假设胶枪在温度为170℃的条件下工作200s，它产生热量的80％被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量?‎ ‎（3）胶枪正常工作时的最小电流是多少?‎ ‎解：（1）胶枪预热时，R1和R2串联，当电阻最小时（即R1=R2=1000Ω），‎ 胶枪消耗的功率最大，此时电路的总电阻R=R1+R2=1000Ω+1000Ω=2000Ω.‎ 最大功率P=UI=U2/R=(220V)2/2000Ω=24.2W (2) 胶枪正常工作时，R1和R2并联，由图丙可知，当温度为170℃，‎ R1=R2=1600Ω，此时电路的总电阻R′=R1R2/（R1+R2）=R1/2=800Ω 使用200s，胶枪消耗的电能W=U2t/R′=(220V)2×200s/800Ω=12100J 胶条吸收的热量Q=Wη=12100J×80%=9680J (3) 胶枪正常工作时，R1和R2并联，当电阻最大时（即R1=R2=2200Ω），‎ 电流最小，此时电路的总电阻R′′=R1/2=1100Ω 最小电流I=U/R′′=220V/1100Ω=0.2A ‎7、小明发现自己家汽车照明大灯的灯泡内有两根灯丝，一根是功率较小的近光灯丝(主要用于照亮前方较近的路面)，另一根是功率稍大的远光灯丝(主要用于照亮前方较远的路面)。当控制手柄拨到“近光”位置时，近光灯丝正常发光；当控制手柄拔到“远光”位置时，近光灯丝和远光灯丝同时正常发光。该灯泡上标有“l2V 60W／54W”的字样，通过计算回答：‎ ‎ (1)当控制手柄拨到“近光”位置时，通过近光灯丝的电流多大?‎ ‎ (2)近光灯丝正常发光时的电阻多大?‎ ‎ (3)小明爸爸驾车在郊区道路上行驶，将控制手柄拨到并保持在“远光”位置5分钟，这段时间内一个照明大灯消耗的电能是多少焦?‎ ‎(4)说明这种灯泡内两根灯丝在电路中的连接方式，并简述理由。‎ ‎解：(1)当控制手柄拨到“近光”位置时，只有近光灯丝工作，且P近=54W 由公式P=UI得：通过近光灯丝的电流 ‎ ‎(2)由公式得I=得：近光灯丝正常发光时的电阻 ‎ R近= ‎ ‎(3)当控制手柄拔到“远光”位置时，近光灯丝和远光灯丝同时正常发光.‎ ‎ 总功率：P=P远+P近=60W+54W=114W ；t=5min=300s. ‎ 由公式P=得：这段时间内一个照明大灯消耗的电能 W=Pt=114W×300s=34200J ‎ ‎(4)这种灯泡内两根灯丝是并联的。因为近光灯丝既可以单独正常发光，也可以和远光灯丝同时正常发光，所以它们是并联的。‎ ‎8、如图甲是一种“闯红灯违法证据模拟记录器”的工作原理图，当光控开关接收到红光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化(变化规律如图乙所示)引起电流大于或等于0.06A时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机工作拍摄违规车辆。光控开关未受到红光照射自动断开，衔铁没有被吸引，工作电路中的指示灯发光。已知控制电路电压为6V。(g取10N／kg)求：‎ ‎(1)一辆质量为400kg的车闯红灯时，控制电路中的电流恰好是0．06A被拍照。此时压敏电阻的阻值是多大? ‎ ‎(2)电磁继电器线圈电阻是多少?‎ ‎(3)一辆质量是1.2t的汽车违规闯红灯时压敏电阻消耗的电功率是多少?‎ ‎(4)图丙是一种“超速违法证据模拟记录器”的示意图。如果某一路段要求时速不超过60km／h，当汽车先后通过两个感应线圈上方的时间间隔小于0.5s时，拍摄系统才会被激活而拍下超速汽车的照片。则两个线圈之间的距离应设计为多少?‎ ‎解：(1)400kg的车对压敏电阻的压力：‎ ‎ F1=G1=m1g=400kg×l0N／kg=4000N ‎ ‎ 由图像可知，此时压敏电阻的阻值是：R1=90 ‎ ‎(2) ∵I=‎ ‎ ∴此时控制电路中的总电阻：‎ ‎ R===100 ‎ ‎ 继电器线圈的电阻：R线圈=R-R1=100-90=10 ‎ ‎ (3)1.2t的车对压敏电阻的压力：‎ ‎ F2=G2=m2g=1200kg×l0N／kg=12000N ‎ 由图像可知，此时压敏电阻的阻值是：R2=30‎ ‎ 此时控制电路中的电流：‎ ‎ I′===0.15A ‎ ‎ ∴U2=I2R2 =I′R2=0.15A×30=4.5V ‎ 此时压敏电阻消耗的电功率：‎ ‎ P2=U2I2=4.5V×0.15A=0．675W ‎ ‎ (4)v=60km／h=16.7m／s ‎ 两个感应线圈之间的距离：‎ S=vt=16.7m／s×0.5s=8.35m ‎ 说明：第四问结果为8.33m也对。 ‎ ‎9、小伊妈妈为了改善早餐的营养，买了一台全自动豆浆机，如图A所示．图B是豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环状的电热管，负责对液体加热煮沸．图C是这个豆浆机的主要技术参数．图D是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作的“P﹣t”图象．‎ ‎（1）豆浆机正常工作时，通过电热管的电流是多大？‎ ‎（2）若实际电压为200V时电热管的实际功率是多少？‎ ‎（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少度？‎ 解：‎ ‎（1）∵P=UI ‎∴电热管正常工作的电流为I===5.5A；‎ ‎（2）∵I=U/R ‎∴电热管的电阻为R===40Ω 电热管的实际功率为P实===1000W；‎ ‎（3）由“P﹣t”图象可知，豆浆机正常工作做一次豆浆，加热时间是12min，电机打浆时间是2min，‎ ‎∵P=W/t，∴豆浆机正常工作做一次豆浆消耗的电能：‎ W=P1t1+P2t2=1210W×720s+120W×120s=885600J=0.246kW•h．‎ 答：（1）豆浆机正常工作时，通过电热管的电流是5.5A；‎ ‎（2）若实际电压为200V时电热管的实际功率是1000W；‎ ‎（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能为0.246kW•h．‎ ‎10、某物理兴趣小组探究电子磅秤的工作原理，设计图l5甲所示的电路，主要部件是电流表A和压力传感器R1(相当于电阻值随受到的压力大小而变化的可变电阻)，压力传感器R1与受到的压力F的关系如图l5乙所示，秤盘与压杠质量均忽略不计。电源电压U=12V，R2=18Ω。求： ‎ (1) 秤盘上不放重物时压力传感器的电阻R1=30Ω，此时电流表示数是多少A? R2消耗的功率是多少W?‎ (2) 电流表示数为0.5A时，秤盘上物体重为多少N?‎ ‎解：(1)由甲图可知，R1和R2串联，‎ ‎ 电路总电阻： R=R1+R2 =30Ω+18Ω=48Ω ‎ ‎ ‎ ‎ R2消耗的功率： ‎ P2=I2R2 =(0.25A)2×l8Ω=1.125W（或1.13W）‎ ‎ ‎ (2) 电流表示数为0.5A时，电路的总电阻：‎ R′===24Ω R1′=R′-R2=24Ω－18Ω=6Ω 由图乙可知，G=F=40N.‎ ‎11、现有四个电学元件：电流表A、电压表V、阻值为4W的电阻R1和阻值为6W的电阻R2．某物理兴趣小组要设计四个不同的电路，如图甲、乙、丙、丁所示，要求每个电路必须用到上述四个元件中的任意三个，每个电路消耗的总功率分别为P甲、P乙、P丙、P丁，且P甲＞P乙＞P丙＞P丁．电源电压恒为6V，各元件无故障且电路都能正常工作．‎ ‎（1）甲电路如图所示，闭合开关，问：该电路中电流表示数I甲及电路消耗的总功率P甲分别是多大？‎ ‎（2）请你按要求完成另外三个电路的设计（将元件符号填入图中即可）．‎ ‎解：（1）由欧姆定律得：I1== 1.5A ，I2==1A ‎ I甲=I1+I2= 1.5A+1A = 2.5A ‎ ‎ P甲=U I甲=6V×2.5A = 15W ‎ ‎ 说明：也可算出总电阻，再算出总电流，最后计算总功率。‎ （2） 根据P=U2/R可知，电压一定时，总功率与总电阻成反比；‎ 已知P甲＞P乙＞P丙＞P丁，则总电阻的关系是R甲