2021-2022学年沪粤版九年级物理上学期期末复习专练-计算题（word版 含答案）

这是一份2021-2022学年沪粤版九年级物理上学期期末复习专练-计算题（word版 含答案），共24页。
沪粤版九年级（上）物理期末计算题型专题
1．今年是中国共产党建党100周年，小丽一家在“七一”建党节来临之际，决定走访红军长征在武山境内的遗址。他们驱车到马力境内一处河滩时，质量为1.8t的小汽车陷入泥泞中，在大家都一筹莫展时，聪明的小丽很快想到了办法，利用所学滑轮组知识，带领大家将小汽车顺利拉出。如图：若小汽车所受阻力为车重的0.2倍，滑轮组的机械效率为80%（g＝10N/kg）。求：
（1）小汽车所受阻力f；
（2）绳子自由端拉力F1；
（3）小汽车以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F1的功率。



2．如图是质量为60kg的工人利用滑轮组提升重为810N物体的示意图，某段提升过程中物体匀速上升的速度为0.1m/s，绳端的拉力F为300N，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦。求：
（1）工人拉绳子的速度；
（2）动滑轮的重力；
（3）滑轮组的机械效率；
（4）这名工人用该装置能提升物体的最大重力。



3．如图所示，工人利用斜面把货物搬运到汽车上。工人先利用斜面将货物匀速推到车边沿，再沿车内水平面将货物匀速推到车里面，整个过程中，推力大小始终为800N，方向与运动方向保持一致。斜面的高为0.9m，长为1.5m，车内水平面的长度为1.8m。货物重为1000N，推上斜面用时10s，水平推动用时5s，求：
（1）货物沿斜面运动的速度；
（2）货物在斜面上运动的过程中，受到的摩擦力的大小；
（3）斜面的机械效率；
（4）货物在车内水平面上运动的过程中推力做功的功率。




4．在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组。为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是0.5m/s，绳子自由端的拉力F是500N，地面对故障车的摩擦力为车重力的0.08倍。求：
（1）故障车在30s内通过的距离；
（2）拉力F在30s内所做的功；
（3）整个装置的机械效率。







5．一轻质杠杆可绕O点转动，已知OA＝1.6m，OB＝0.4m，C为杠杆的中点，如图所示。现在杠杆B点挂一重为60N的物体，用始终竖直向上的力F作用在A点使杠杆在水平位置平衡。（不计摩擦）
（1）根据杠杆平衡条件，计算力F的大小；
（2）若杠杆自重G0＝10N且质量分布均匀，不改变F的方向，求竖直匀速提升时杠杆的机械效率。





6．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是22世纪最理想的能源，[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q氢＝1.4×108J/kg]求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则水升高的温度。
（2）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。










7．“垃圾分类，绿色环保”，合理分类并利用垃圾可以变废为宝。某垃圾处理厂处理垃圾时，在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油。若某小区每天产生3t垃圾，[该燃料油的热值q＝4.0×107J/kg，q煤＝3×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。求：
（1）这3t垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧能释放多少热量；
（2）这些热量相当于完全燃烧多少煤；
（3）若这些热量有30%被初温为20℃、质量为105kg的水吸收，则水的温度升高多少。





8．如图所示电路中，电源两端电压保持不变，电阻R1为定值电阻，滑动变阻器R2标有“20Ω 2A”字样。
（1）当开关S闭合后，滑动变阻器的滑片置于最右端时，电压表的示数为2.0V，电流表的示数为0.2A。则电阻R1的阻值和电源两端的电压U各是多大？
（2）在上述情况下，移动变阻器的滑片，使电压表的示数变化1.0V，则电流表的示数变化多少？此时变阻器R2接入电路中的阻值多大？









9．如图所示的电路中，电源电压恒定，小灯泡标有“10V 5W”的字样（灯丝的电阻不变），定值电阻R2＝30Ω。求：
（1）小灯泡灯丝的电阻。
（2）当开关S1、S2都断开时，接入电路中的电流表的示数为0.2A，则电阻R2电压是多少？电源电压是多少？
（3）当开关S1、S2都闭合时，接入电路中的电流表的示数也是0.2A，则小灯泡L与定值电阻R1是串联还是并联？定值电阻R1的阻值是多少？





10．如图所示，电源电压不变，灯泡L标有“4V 2W”字样，R0的阻值为16Ω，当S1，S2断开，S3闭合，滑片P从b端滑到某一位置时，小灯泡正常工作，且滑片在两个不同位置时电路中电流之比是4：5，滑动变阻器R接入电路的电阻减小了8Ω（不考虑温度对灯丝电阻的影响），求：
（1）灯泡正常工作2min消耗的电能是多少？
（2）滑动变阻器的最大阻值是多少？
（3）当S1、S2断开，S3闭合时，滑动变阻器消耗的最小功率是多少？




11．如图所示电路，电源电压恒为4.5V，灯泡L上标有“3V，1.5W”字样，滑动变阻器R2上标有“15Ω，1A”字样，定值电阻R1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、S1、S2闭合，S3断开，变阻器R2滑片处于最右端时：电流表示数为多大？电路总功率为多大？
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器R2的取值范围。



12．2021年4月底中国承诺力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，此项目标远远短于发达国家。益众公司积极行动起来开展照明灯具升级换代实验（如图），L是“220V 100W”的白炽灯泡，P是“220V 10W”的节能灯，实验表明当“开关S1断开、S2闭合”时的照明效果与“S1闭合、S2断开”时相同，公司决定厂房内“1个P灯替代2个L灯”。求：
（1）S1闭合、S2断开时电路A处的电流（结果保留小数点后两位）；
（2）“S1闭合、S2断开”工作1h比“S1断开、S2闭合”工作1h节省多少J的电能；
（3）公司厂房内原有1000个L灯按“决定”替换成500个P灯，若公司每年生产300天，每天工作10h，这些电力均为燃煤发电，所用燃料煤热值为3×107J/kg，发电效率为40%，求益众公司每年因此项改进减少燃煤消耗的质量。


答案解析
1．今年是中国共产党建党100周年，小丽一家在“七一”建党节来临之际，决定走访红军长征在武山境内的遗址。他们驱车到马力境内一处河滩时，质量为1.8t的小汽车陷入泥泞中，在大家都一筹莫展时，聪明的小丽很快想到了办法，利用所学滑轮组知识，带领大家将小汽车顺利拉出。如图：若小汽车所受阻力为车重的0.2倍，滑轮组的机械效率为80%（g＝10N/kg）。求：
（1）小汽车所受阻力f；
（2）绳子自由端拉力F1；
（3）小汽车以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F1的功率。

【分析】（1）利用G＝mg计算出汽车的重力，根据小汽车所受阻力为车重的0.2倍求汽车受到的阻力；
（2）由图可知n＝3，利用η＝＝＝＝求绳子自由端的拉力；
（3）利用P＝＝＝Fv求拉力的功率。
【解答】解：（1）汽车的重力：
G＝mg＝1.8×103kg×10N/kg＝1.8×104N，
因为小汽车所受阻力为车重的0.2倍，所以小汽车所受阻力：
f＝0.2G＝0.2×1.8×104N＝3.6×103N；
（2）由图可知n＝3，
因为滑轮组的机械效率η＝＝＝＝，所以绳子绳子自由端的拉力：
F1＝＝＝1500N；
（3）绳子自由端移动的速度：v＝nv车＝3×0.1m/s＝0.3m/s，
拉力F1的功率：P＝＝＝F1v＝1500N×0.3m/s＝450W。
答：（1）小汽车所受阻力为3.6×103N；
（2）绳子自由端拉力为1500N；
（3）小汽车以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F1的功率为450W。
2．如图是质量为60kg的工人利用滑轮组提升重为810N物体的示意图，某段提升过程中物体匀速上升的速度为0.1m/s，绳端的拉力F为300N，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦。求：
（1）工人拉绳子的速度；
（2）动滑轮的重力；
（3）滑轮组的机械效率；
（4）这名工人用该装置能提升物体的最大重力。


【分析】（1）由图可知，n＝3，拉力端移动速度等于物体上升速度的3倍；
（2）不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，拉力F＝（G+G动），据此求动滑轮重力；
（3）拉力做的有用功W有用＝Gh，拉力端移动距离s＝3h，拉力做的总功W总＝Fs＝F×3h＝3Fh，滑轮组的机械效率等于有用功与总功之比；
（4）利用G＝mg求工人的重力，工人站在地面上拉绳子，施加的最大拉力等于工人的重力；不计绳重及绳与滑轮间的摩擦时，拉力F＝（G+G动），据此求这名工人用该装置能提升物体的最大重力。
【解答】解：（1）由图可知，n＝3，拉力端移动速度：
v＝3v物＝3×0.1m/s＝0.3m/s；
（2）不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，拉力F＝（G+G动），
则动滑轮重力：
G动＝3F﹣G＝3×300N﹣810N＝90N；
（3）拉力做的有用功：W有用＝Gh，
拉力端移动距离s＝3h，
拉力做的总功：W总＝Fs＝F×3h＝3Fh，
滑轮组的机械效率：
η＝＝＝＝×100%＝90%；
（4）工人的重力G人＝m人g＝60kg×10N/kg＝600N，
因为工人站在地面上拉绳子，
所以工人施加的最大拉力：
F最大＝G人＝600N，
因为不计绳重及绳与滑轮间的摩擦时，拉力F＝（G+G动），
所以，这名工人用该装置能提升物体的最大重力：
G最大＝3F最大﹣G动＝3×600N﹣90N＝1710N。
答：（1）工人拉绳子的速度为0.3m/s；
（2）动滑轮的重力为90N；
（3）滑轮组的机械效率为90%；
（4）这名工人用该装置能提升物体的最大重力为1710N。
3．如图所示，工人利用斜面把货物搬运到汽车上。工人先利用斜面将货物匀速推到车边沿，再沿车内水平面将货物匀速推到车里面，整个过程中，推力大小始终为800N，方向与运动方向保持一致。斜面的高为0.9m，长为1.5m，车内水平面的长度为1.8m。货物重为1000N，推上斜面用时10s，水平推动用时5s，求：
（1）货物沿斜面运动的速度；
（2）货物在斜面上运动的过程中，受到的摩擦力的大小；
（3）斜面的机械效率；
（4）货物在车内水平面上运动的过程中推力做功的功率。
【分析】（1）知道斜面长、所用时间，利用v＝求将货物沿斜面的运动速度；
（2）利用斜面将货物匀速推到车上，利用W＝Gh求有用功，利用W＝Fs求总功，额外功等于总功减去有用功，再利用W额＝fs求摩擦力；
（3）斜面的机械效率等于有用功与总功之比；
（4）货物在车内水平面上运动的过程中，利用W＝Fs求推力做功，利用P＝求推力做功功率。
【解答】解：
（1）将货物沿斜面推到车上的过程中，货物的运动速度：
v＝＝＝0.15m/s；
（2）货物在斜面上运动的过程中，
推力做的有用功：W有用＝Gh＝1000N×0.9m＝900J，
推力做的总功：W总＝Fs＝800N×1.5m＝1200J，
额外功：W额＝W总﹣W有用＝1200J﹣900J＝300J，
由W额＝fs得摩擦力：
f＝＝＝200N；
（3）斜面的机械效率：
η＝＝×100%＝75%；
（4）货物在车内水平面上运动的过程中，推力F＝800N，沿水平方向推动的距离s′＝1.8m，
此过程中推力做功：W＝Fs′＝800N×1.8m＝1440J，
此过程中推力的功率：P＝＝＝288W；
答：（1）货物沿斜面运动的速度为0.15m/s；
（2）货物在斜面上运动的过程中，受到摩擦力的大小为200N；
（3）斜面的机械效率为75%；
（4）货物在车内水平面上运动的过程中推力的功率为288W。
4．在一次车辆故障处置过程中，拖车所用装置简化为如图所示的滑轮组。为了尽快疏通道路，交警指挥拖车只用了30s时间，将水平路面上质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场。若故障车被拖离的速度是0.5m/s，绳子自由端的拉力F是500N，地面对故障车的摩擦力为车重力的0.08倍。求：
（1）故障车在30s内通过的距离；
（2）拉力F在30s内所做的功；
（3）整个装置的机械效率。

【分析】（1）利用速度公式v＝求故障车在30s内通过的距离
（2）由图知，n＝3，拉力端移动距离等于故障车通过距离的3倍，利用W＝Fs求拉力F在30s内所做的功；
（3）地面对故障车的摩擦力f＝0.08G，利用W＝fs求滑轮组克服故障车摩擦力做的有用功，整个装置的机械效率等于有用功与总功之比。
【解答】解：
（1）由v＝可得故障车在30s内通过的距离：
s车＝v车t＝0.5m/s×30s＝15m；
（2）由图知，n＝3，拉力端移动距离：
s＝3s车＝3×15m＝45m，
拉力F在30s内所做的功：
W总＝Fs＝500N×45m＝2.25×104J；
（3）地面对故障车的摩擦力：
f＝0.08G＝0.08mg＝0.08×1.5×103kg×10N/kg＝1200N，
滑轮组克服故障车摩擦力做的有用功：
W有用＝fs车＝1200N×15m＝1.8×104J，
整个装置的机械效率：
η＝＝×100%＝80%。
答：（1）故障车在30s内通过的距离为15m；
（2）拉力F在30s内所做的功为2.25×104J；
（3）整个装置的机械效率为80%。
5．一轻质杠杆可绕O点转动，已知OA＝1.6m，OB＝0.4m，C为杠杆的中点，如图所示。现在杠杆B点挂一重为60N的物体，用始终竖直向上的力F作用在A点使杠杆在水平位置平衡。（不计摩擦）
（1）根据杠杆平衡条件，计算力F的大小；
（2）若杠杆自重G0＝10N且质量分布均匀，不改变F的方向，求竖直匀速提升时杠杆的机械效率。

【分析】（1）作用在杠杆上的阻力是小桶的重力；知道动力臂、阻力臂、阻力，根据杠杆平衡条件F1×L1＝F2×L2求出动力F1。
（2）设物体、杠杆、力F上升的高度分别为h1、h2，根据数学知识可知，h1：h2的值，根据η＝＝＝得出竖直匀速提升时杠杆的机械效率。
【解答】解：（1）小桶挂在杠杆上，杠杆受到的阻力等于小桶的重力，所以F2＝G物＝60N。
由杠杆平衡条件得：
F1×L1＝F2×L2，
F1×OA＝F2×OB，
F1×1.6m＝60N×0.4m，
解得：F1＝15N。
（2）设物体、杠杆上升的高度分别为h1、h2，根据数学知识可知，h1：h2＝＝＝1：2，
竖直匀速提升时杠杆的机械效率η＝＝＝＝＝＝＝75%。
答：（1）力F的大小为15N。
（2）竖直匀速提升时杠杆的机械效率为75%。
6．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是22世纪最理想的能源，[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q氢＝1.4×108J/kg]求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，则水升高的温度。
（2）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。
【分析】（1）根据Q＝mq求出这些燃料完全燃烧放出的热量；根据Q吸＝Q放＝cm△t求水升高的温度；
（2）已知公交车做功和0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量相等，利用功率公式计算行驶时间。
【解答】解：（1）0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J；
水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×107J，
由Q吸＝cm△t得水升高温度：
△t＝＝＝50℃；
（2）公交车所做的功：W＝Q放＝4.2×107J，
P＝140kW＝1.4×105kW，
由P＝得，公交车行驶时间：
t＝＝＝300s。
答：（1）水升高50℃；
（2）这些热量能让该公交车匀速行驶300s。
7．“垃圾分类，绿色环保”，合理分类并利用垃圾可以变废为宝。某垃圾处理厂处理垃圾时，在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油。若某小区每天产生3t垃圾，[该燃料油的热值q＝4.0×107J/kg，q煤＝3×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。求：
（1）这3t垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧能释放多少热量；
（2）这些热量相当于完全燃烧多少煤；
（3）若这些热量有30%被初温为20℃、质量为105kg的水吸收，则水的温度升高多少。
【分析】（1）某城镇每天产生30t生活垃圾，1t生活垃圾能“榨”出140kg燃料油。所以共“榨”出4200kg燃料油。再由公式Q＝mq得这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出多少热量。
（2）由公式Q＝mq得这些热量相当于完全燃烧多少质量的煤。
（3）先根据Q吸＝Q放η求得水吸收的热量，然后由公式Q＝cm△t得水升高的温度。
【解答】解：
（1）某城镇每天产生3t生活垃圾，1t生活垃圾能“榨”出140kg燃料油，
所以共“榨”出燃料油的质量m＝3×140kg＝420kg。
这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量：
Q放＝m油q油＝420kg×4.0×107J/kg＝1.68×1010J；
（2）由Q放＝mq得，要放出1.68×1010J的热量需要完全燃烧煤的质量：
m煤＝＝＝560kg；
（3）由题意知水吸收的热量为：Q吸＝Q放η＝1.68×1010J×30%＝5.04×109J；
由公式Q＝cm△t得，水升高的温度为：
△t＝＝＝12℃；
答：（1）这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出1.68×1010J热量。
（2）这些热量相当于完全燃烧560kg质量的煤。
（3）在一个标准大气压下，这些热量的30%被105kg初始温度为30℃的水吸收，则水温能升高12℃。
8．如图所示电路中，电源两端电压保持不变，电阻R1为定值电阻，滑动变阻器R2标有“20Ω 2A”字样。
（1）当开关S闭合后，滑动变阻器的滑片置于最右端时，电压表的示数为2.0V，电流表的示数为0.2A。则电阻R1的阻值和电源两端的电压U各是多大？
（2）在上述情况下，移动变阻器的滑片，使电压表的示数变化1.0V，则电流表的示数变化多少？此时变阻器R2接入电路中的阻值多大？

【分析】由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流；
（1）当滑片P在滑动变阻器R2的最右端时，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.2A，根据欧姆定律算出电阻R1的阻值；
根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压；
（2）因为开始时滑片在阻值最大处，移动变阻器的滑片，滑动变阻器连入电路的电阻减小，根据欧姆定律I＝判断电路中电流的变化，由U＝IR知，定值电阻R1两端电压的变化，由电压表的示数变化1.0V算出此时电压表的示数，由欧姆定律算出此时电路的电流，进而算出电流表示数的变化，最后由欧姆定律算出此时滑动变阻器连入电路的电阻。
【解答】解：由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流。
当滑片P在滑动变阻器R2的最右端时，电压表的示数为2.0V，电流表的示数为0.2A，
根据I＝知，
电阻R1的阻值为：
R1＝＝＝10Ω；
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电源的电压为：
U＝I1R总＝I1（R1+R2）＝0.2A×（10Ω+20Ω）＝6V；
（2）因为开始时滑片在阻值最大处，移动变阻器的滑片，滑动变阻器连入电路的电阻减小，根据欧姆定律I＝知，电路中的电流增大了，由U＝IR知，定值电阻R1两端的电压增大，增大了1V，变成了U1′＝U1+1V＝2.0V+1V＝3V,
此时电路的电流为：
I2＝＝＝0.3A，
电流表示数变化了：
△I＝I2﹣I1＝0.3A﹣0.2A＝0.1A；
此时滑动变阻器连入电路的电阻为：
R2′＝＝＝＝10Ω。
答：（1）电阻R1的阻值为10Ω；电源两端的电压U为6V；
（2）在上述情况下，移动变阻器的滑片，使电压表的示数变化1.0V，则电流表的示数变化0.1A，此时变阻器R2接入电路中的阻值为10Ω。





9．如图所示的电路中，电源电压恒定，小灯泡标有“10V 5W”的字样（灯丝的电阻不变），定值电阻R2＝30Ω。求：
（1）小灯泡灯丝的电阻。
（2）当开关S1、S2都断开时，接入电路中的电流表的示数为0.2A，则电阻R2电压是多少？电源电压是多少？
（3）当开关S1、S2都闭合时，接入电路中的电流表的示数也是0.2A，则小灯泡L与定值电阻R1是串联还是并联？定值电阻R1的阻值是多少？

【分析】（1）已知灯泡的额定电压和额定功率，根据P＝求出灯泡的电阻；
（2）当S1、S2都断开时，R2与L串联，电流表A2测电路中的电流，根据电阻的串联和欧姆定律求出电源的电压；
（3）当S1、S2都闭合时，R1与L并联，电流表A1测R1支路的电流，根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出R1的阻值；根据Q＝I2Rt求出R1在5min内产生的热量。
【解答】解：（1）由P＝可得，灯泡的电阻：
RL＝＝＝20Ω；
（2）当S1、S2都断开时，R2与L串联，电流表A2测电路中的电流，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以此时的总电阻：
R＝R2+RL＝30Ω+20Ω＝50Ω，
根据I＝可得电源电压：
U＝IR＝0.2A×50Ω＝10V；
电阻R2电压：U2＝IR2＝0.2A×30Ω＝6V。
（3）当S1、S2都闭合时，R1与L并联，电流表A1测R1支路的电流，由题意可知此时I1＝0.2A，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
则根据I＝可得R1的阻值：
R1＝＝＝50Ω；
答：（1）小灯泡L灯丝的电阻为20Ω；
（2）电阻R2电压是6V，电源电压为10V；
（3）开关S1、S2都闭合时，小灯泡L与定值电阻R1是并联，定值电阻R1的阻值为50Ω。
10．如图所示，电源电压不变，灯泡L标有“4V 2W”字样，R0的阻值为16Ω，当S1，S2断开，S3闭合，滑片P从b端滑到某一位置时，小灯泡正常工作，且滑片在两个不同位置时电路中电流之比是4：5，滑动变阻器R接入电路的电阻减小了8Ω（不考虑温度对灯丝电阻的影响），求：
（1）灯泡正常工作2min消耗的电能是多少？
（2）滑动变阻器的最大阻值是多少？
（3）当S1、S2断开，S3闭合时，滑动变阻器消耗的最小功率是多少？

【分析】（1）灯泡正常发光时的功率和额定功率相等，根据W＝Pt求出正常工作2min消耗的电能；
（2）知道灯泡的额定电压和额定功率，根据P＝UI＝求出灯泡的电阻；当S1，S2断开，S3闭合时，灯泡L、定值电阻R0、滑动变阻器R串联，滑片位于b端时接入电路中的电阻最大，滑片移动某一位置时小灯泡正常工作，根据电压一定时电流与电阻成反比结合滑动变阻器R接入电路的电阻减小了8Ω得出等式即可求出滑动变阻器的最大阻值；
（3）当S1，S2断开，S3闭合时，根据欧姆定律求出灯泡正常发光时的电流，根据电阻的串联和欧姆定律求出电源的电压，滑动变阻器接入电路中的电阻为零时电路中的电流最大，滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路中的电流最小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中电流的变化范围，根据串联电路的电压特点和欧姆定律表示出滑动变阻器消耗的电功率，然后判断滑动变阻器消耗的电功率最小时电路中的电流，进一步求出滑动变阻器消耗的最小电功率。
【解答】解：（1）由P＝可得，灯泡正常工作2min消耗的电能：WL＝PLt＝2W×2×60s＝240J；
（2）由P＝UI＝可得，灯泡的电阻：RL＝＝＝8Ω；
当S1、S2断开，S3闭合时，灯泡L、定值电阻R0、滑动变阻器R串联，
滑片位于b端时接入电路中的电阻最大，滑片移动某一位置时小灯泡正常工作（此时变阻器接入电路的阻值为R﹣8Ω），
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，且电源电压一定时电流与总电阻成反比，
所以，由滑动变阻器R接入电路的电阻减小了8Ω可得前后两次电路中的电流之比：
＝＝＝，
解得滑动变阻器的最大阻值：R＝16Ω；
（3）灯泡正常发光时的电流I＝＝＝0.5A，
则电源的电压U＝I[RL+R0+（R﹣8Ω）]＝0.5A×[8Ω+16Ω+（16Ω﹣8Ω）]＝16V，
当S1、S2断开，S3闭合，滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，电路中的电流：
Ia＝＝＝A，
由I＝0.5A＜Ia＝A可知，电路中的最大电流为0.5A；
滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，则
I小＝＝＝0.4A，
所以，为了保证电路的安全，电路中电流的范围为0.4A～0.5A；
设电路中的电流为I，因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
UR＝U﹣I（RL+R0）＝16V﹣I（8Ω+16Ω）＝16V﹣24Ω×I，
滑动变阻器消耗的电功率：
PR＝URI＝（16V﹣24Ω×I）I＝16V×I﹣24Ω×I2＝24（V×I﹣I2）
＝24[2×V×I﹣I2﹣（）2W+（）2W]
＝W﹣24Ω×（I﹣A）2，
滑动变阻器消耗的电功率P与电流I的关系图象如下图所示：

由图象可知，当I＝0.5A时，滑动变阻器消耗的电功率最小，则
PR小＝W﹣24Ω×（0.5A﹣A）2＝2W。
答：（1）灯泡正常工作2min消耗的电能是240J；
（2）滑动变阻器的最大阻值是16Ω；
（3）当S1，S2断开，S3闭合时，滑动变阻器消耗的最小功率是2W。
11．如图所示电路，电源电压恒为4.5V，灯泡L上标有“3V，1.5W”字样，滑动变阻器R2上标有“15Ω，1A”字样，定值电阻R1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、S1、S2闭合，S3断开，变阻器R2滑片处于最右端时：电流表示数为多大？电路总功率为多大？
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器R2的取值范围。

【分析】（1）根据P＝算出小灯泡的电阻；
（2）当开关 S、S1、S2 闭合，S3 断开时，灯泡 L 被短路，定值电阻 R1 与滑动变阻器R2 并联，电流表测量干路电流；
变阻器R2滑片处于最右端时，滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω，根据欧姆定律分别算出通过 R1的电流和通过滑动变阻器R2的电流，根据并联电路的电流特点得出电流表的示数，根据P＝UI 算出电路总功率；
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2 断开时，R1断路，灯泡L与滑动变阻器 R2串联，电压表测滑动变阻器 R2 两端电压，根据P＝UI算出灯泡额定电流，根据小灯泡的额定电流、电流表的量程、滑动变阻器的最大电流，判断出最大电流，此时滑动变阻器 R2 阻值最小，根据欧姆定律算出最小电阻和滑动变阻器的最小电阻；
根据电压表量程为 0～3V，在确保电路元件安全的情况下，判断出滑动变阻器两端电压最大为 U2＝3V 时，滑动变阻器阻值最大，根据欧姆定律算出最小电流和滑动变阻器的最大电阻。
【解答】解：（1）根据P＝得，灯泡正常工作时电阻：
RL＝＝＝6Ω；
（2）当开关 S、S1、S2 闭合，S3 断开时，灯泡 L被短路，定值电阻 R1与滑动变阻器R2 并联，电流表测量干路电流，
变阻器R2滑片处于最右端时，滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω，通过 R1的电流：I1＝＝＝0.45A，
通过滑动变阻器R2的电流：I2＝＝＝0.3A，
电流表的示数为I＝0.45A+0.3A＝0.75A，
电路总功率：P＝UI＝4.5V×0.75A＝3.375W；
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2 断开时，R1断路，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电压表测滑动变阻器R2两端电压
灯泡的额定电流：I额＝＝＝0.5A；
因为灯泡额定电流I额＝0.5A，电流表量程为 0～3A，滑动变阻器标有“15Ω 1A”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最大＝I额＝0.5A，此时滑动变阻器 R2阻值最小，
则电路最小总电阻：R最小＝＝＝9Ω
滑动变阻器R2最小阻值：R2最小＝R最小﹣RL＝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 U2＝3V 时，此时滑动变阻器阻值最大，
此时电路中电流：I最小＝＝＝0.25A，
滑动变阻器R2最大阻值：R2最大＝＝＝12Ω，
综上所述滑动变阻器的阻值范围为 3Ω～12Ω。
答：（1）灯泡正常工作时的电阻为6Ω；
（2）当开关S、S1、S2闭合，S3断开，变阻器R2滑片处于最右端时：电流表示数为0.75A，电路总功率为3.375W；
（3）当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器R2的取值范围为3Ω～12Ω。
12．2021年4月底中国承诺力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，此项目标远远短于发达国家。益众公司积极行动起来开展照明灯具升级换代实验（如图），L是“220V 100W”的白炽灯泡，P是“220V 10W”的节能灯，实验表明当“开关S1断开、S2闭合”时的照明效果与“S1闭合、S2断开”时相同，公司决定厂房内“1个P灯替代2个L灯”。求：
（1）S1闭合、S2断开时电路A处的电流（结果保留小数点后两位）；
（2）“S1闭合、S2断开”工作1h比“S1断开、S2闭合”工作1h节省多少J的电能；
（3）公司厂房内原有1000个L灯按“决定”替换成500个P灯，若公司每年生产300天，每天工作10h，这些电力均为燃煤发电，所用燃料煤热值为3×107J/kg，发电效率为40%，求益众公司每年因此项改进减少燃煤消耗的质量。

【分析】（1）S1闭合、S2断开时，电路为P的简单电路，根据P＝UI得出电路A处的电流；
（2）S1断开、S2闭合，电路为两个L并联的电路，根据W＝Pt得出工作1h消耗的电能，
S1闭合、S2断开，电路为P的简单电路，根据W＝Pt得出工作1h消耗的电能，进而得出节省的电能，
（3）根据W＝Pt分别计算1000个L灯每年消耗的电能和500个P灯每年消耗的电能，进而得出节省的能量△W′，根据Q放＝得出燃料煤完全燃烧产生的热量，
根据m＝得出燃煤的质量。
【解答】解：（1）S1闭合、S2断开时，电路为P的简单电路，电路A处的电流I＝＝≈0.05A；
（2）S1断开、S2闭合，电路为两个L并联的电路，工作1h消耗的电能W1＝2PLt＝2×100W×1×3600s＝7.2×105J，
S1闭合、S2断开，电路为P的简单电路，工作1h消耗的电能W2＝PPt＝10W×1×3600s＝3.6×104J，
节省的电能△W＝W1﹣W2＝7.2×105J﹣3.6×104J＝6.84×105J；
（3）1000个L灯每年消耗的电能W1′＝1000PLt′＝1000×100W×300×10×3600s＝1.08×1012J，
500个P灯每年消耗的电能W2′＝500PPt′＝500×10W×300×10×3600s＝5.4×1010J，
节省的能量△W′＝1.08×1012J﹣5.4×1010J＝1.026×1012J，
燃料煤完全燃烧产生的热量Q放＝＝2.565×1012J，
燃煤的质量m＝＝＝8.55×104kg。
答：（1）S1闭合、S2断开时电路A处的电流为0.05A；
（2）节省6.84×105J的电能；
（3）益众公司每年因此项改进减少燃煤消耗的质量为8.55×104kg。
声明：试题解析著作权属菁优网所有，未经书面同意，不得复制发布
日期：2021/12/21 21:14:04；用户：初中物理01；邮箱：[email protected]；学号：27489264