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压轴培优专题14 动态电路的分析计算问题--中考物理【高分突破专项】压轴题培优专题精练
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一、单选题
1.2023年银川中考体育考试项目中设置有握力体重指数项目,该项目可以反映出学生的手部肌肉力量和全身肌肉力量的水平,是衡量身体素质的重要指标之一。图甲是一款电子握力计,图乙是它的内部电路设计图,当拉动弹簧下端的拉环时,握力越大,显示器的示数越大。以下关于它的使用过程正确的是( )
A.拉力越大,电流表的示数越小B.拉力越大,电压表的示数越大
C.拉力越大,滑动变阻器两端的电压越大D.拉力越大,电路中的总功率越小
【答案】B
【详解】A.闭合开关,两电阻串联接入电路,电流表测通过电路的电流,电压表测定值电阻两端的电压,当拉动弹簧下端的拉环时,拉力越大,滑动变阻器接入电路的电阻越小,根据串联电路电阻规律可知电路总电阻变小,根据欧姆定律可知通过电路的电流变大,故A错误;
B.由于电路的电流变大,定值电阻的阻值不变,根据可知,定值电阻两端的电压变大,即电压表示数变大,故B正确;
C.串联电路总电压等于各部分电压之和,则滑动变阻器两端的电压越小,故C错误;
D.由于电路的电流变大,电源电压不变,根据可知,电路总功率变大,故D错误。
故选B。
2.如图所示是一种显示汽车油箱油量的装置图,油箱装满油后油的深度为50cm,其中滑杆相当于滑动变阻器R的滑片,当油量下降时,下列说法正确的是(ρ汽油=0.72g/cm3,g取10N/kg)( )
A.浮子所受到的浮力F逐渐减小
B.电路消耗的总功率逐渐增大
C.电阻R0两端的电压变大
D.当油量下降一半时,油箱底部受到的压强为
【答案】D
【详解】A.油量下降时,浮子随油面变化而位置变化,但浮子始终漂浮,浸在油中的体积不变,根据阿基米德原理可知,浮子受到的浮力不变,故A不符合题意;
B.当油量下降时,滑杆上移,R连入电路的阻值变大,电路总电阻变大,根据欧姆定律可知,电路的电流变小,电源电压不变,根据P=UI可得,电路消耗的总功率变小。故B错误;
C.由于油量下降时,电路的电流变小,根据欧姆定律可知,R0的两端电压变小,故C错误;
D.当油量下降一半时,油面的深度为
h=25cm=0.25m
根据p=ρgh可得,油箱底部受到的压强为
故D正确。
故选D。
3.如图,电源电压为6V,灯泡L标有“4V 1.6W”的字样(假定灯丝电阻不变)。滑动变阻器上标有“20Ω 0.5A”的字样,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V。将开关S闭合,灯泡L发光,下列分析错误的是( )
A.在保障电路安全的前提下,滑片P向右移,电压表与电流表示数之比变大
B.在保障电路安全的前提下,电路的功率变化范围是1.8W~2.4W
C.若灯泡或滑动变阻器发生故障,电压表无示数,则灯泡一定不发光
D.将L换成标有“4V 2W”字样的灯泡L′,其实际功率小于2W
【答案】C
【详解】A.闭合开关,滑动变阻器和灯泡串联,电流表测量电路电流,电压表测量滑动变阻器两端的电压。
在保障电路安全的前提下,滑片P向右移,滑动变阻器接入电路的阻值变大,电压表与电流表示数之比等于滑动变阻器接入电路的阻值大小,故电压表与电流表示数之比变大,故A正确,不符合题意;
B.通过小灯泡的额定电流
为保证电路安全,故串联电路中的最大电流为0.4A;当电路最大电流为0.4A时,根据串联电路电压的特点,滑动变阻器两端的电压
U=U总﹣UL=6V﹣4V=2V
滑动变阻器的最小阻值为
最大功率
Pmax=UI=6V×0.4A=2.4W
小灯泡的电阻
当电压表示数为3V时,此时滑动变阻器接入的阻值最大,此时小灯泡两端的电压也为3V,故滑动变阻器的阻值与小灯泡的电阻相等都为10Ω,此时电路中的电流最小为
最小功率
Pmin=UI=6V×0.3A=1.8W
电路的功率变化范围是1.8W~2.4W,故B正确,不符合题意;
C.若滑动变阻器发生故障,电压表无示数,则滑动变阻器可能短路,电路仍接通,灯泡发光,故C错误,符合题意;
D.根据可知此灯泡的电阻
根据串联分压特点可知,灯泡标注的电压小于灯泡L的电压,其实际功率小于2W,故D正确,不符合题意。
故选C。
4.如图是环境湿度检测电路,是电阻箱,R是用石墨烯制成的湿敏电阻,其阻值随湿度增加而增大,闭合开关S( )
A.湿度增加,电路中电流变大B.湿度增加,电压表示数变小
C.减少电源电压可提高检测灵敏度D.调小的阻值可提高检测灵敏度
【答案】D
【详解】AB.由电路图可知,湿敏电阻R与电阻箱R0串联,电压表测R两端的电压。因湿敏电阻的阻值会随湿度的增加而增大,当环境湿度增加时,湿敏电阻R的阻值变大,电路的总电阻变大,由可知,电路中的电流变小;由U=IR可知,R0两端的电压变小,根据串联电路的电压规律可知,R两端电压变大,所以电压表的示数变大,故AB不符合题意;
CD.提高该装置的检测灵敏度,即湿敏电阻阻值不变的情况下,电压表有更大的示数。由欧姆定律可知,在电路总电阻不变时,可采用增加电源电压来增大湿敏电阻两端电压;由串联电路分压规律可知,在电源电压一定时,可通过减小R0的阻值以提高湿敏电阻两端的电压,从而增大电压表的示数,故C不符合题意,D符合题意。
故选D。
5.如图所示,电源电压不变,R1=20Ω,滑动变阻器的最大阻值为R2,当只闭合开关S,滑动变阻器的滑片置于b端时,电压表示数为U1,R3消耗的功率P3=6.4W;当只闭合开关S、S2,电流表示数为I1,电压表示数为U2;当开关S、S1、S2都闭合,滑动变阻器的滑片置于中点时,电流表的示数为I2,已知I1∶I2=3∶7,U1∶U2=2∶9,则下列说法错误的是( )
A.R2的阻值为30Ω
B.电源电压为30V
C.R3的阻值为40Ω
D.当开关S、S1、S2都闭合,移动滑动变阻器的滑片时,该电路的最小功率为140.4W
【答案】B
【详解】ABC.开关S闭合,S1、S2断开,滑片置于b端时,滑动变阻器的阻值全部接入电路,电路为三个电阻串联的电路,电压表测量R1两端的电压;开关S、S2闭合,S1断开时,电路为R1的简单电路,电流表测量电路电流,电压表测量电源电压;开关S、S1、S2都闭合时,滑片置于中点时,滑动变阻器接入电路的阻值为最大阻值的一半,三电阻并联,电压表测量电源电压,电流表测量通过R1和R2的电流之和;已知R1=20Ω,P3=6.4W,I1∶I2=3∶7,U1∶U2=2∶9,设电源电压为U;由欧姆定律得
根据R1=20Ω,联立上述三个等式,解得U=36V,R2=30Ω,R3=40Ω,故AC正确,不符合题意,B错误,符合题意;
D.电源电压不变,根据
可知总电阻最大时,总功率最小;当开关S、S1、S2都闭合,三电阻并联,将滑动变阻器的滑片置于b端时,滑动变阻器接入电路中的阻值最大,总电阻最大,总功率最小,电热器消耗的最小电功率为
D正确,不符合题意。
故选B。
6.如图所示,R1为定值电阻,R2为标有“20Ω 1A”的滑动变阻器,电源电压保持不变。当滑片P在某位置时,电流表示数为0.2A,此时在电路中接入一个电压表,闭合开关,电压表示数为2V。已知电流表的量程为,电压表的量程为,在保证电路安全的情况下向某一方向移动滑片,发现电压表示数最大变化量为1V,下列判断正确的是( )
①若电压表接在R1两端且滑片向左滑动,则电源电压可能为6V且
②若电压表接在R1两端且滑片向右滑动,则电源电压只能为3V且R1=10Ω
③若电压表接在R2两端且滑片向左滑动,则电源电压只能为2.5V且R1=2.5Ω
④若电压表接在R2两端且滑片向右滑动,则电源电压只能为6V且R1=20Ω
A.仅①③B.仅②④C.仅①②③D.①②③④
【答案】C
【详解】(1)闭合开关,两电阻串联接入电路,电流表测通过电路的电流,若电压表接在R1两端,则电压表测定值电阻两端的电压,根据欧姆定律可得定值电阻的阻值
①滑片向左滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知,通过电路的电流变大,则电压表示数变大,电压表示数最大变化量为1V,所以,电压表示数最大为
则此时通过电路的电流
若此时滑动变阻器接入电路的电阻为10Ω,则滑动变阻器两端的电压
串联电路总电压等于各部分电压之和,所以,电源电压可能是
故①正确;
②滑片向右滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据欧姆定律可知,通过电路的电流变小,则电压表示数变小,电压表示数最大变化量为1V,所以,电压表示数最大为
则此时通过电路的电流
若此时滑动变阻器接入电路最大阻值,则滑动变阻器两端的电压
串联电路总电压等于各部分电压之和,所以,电源电压可能是
故②正确;
(2)闭合开关,两电阻串联接入电路,电流表测通过电路的电流,若电压表接在R2两端,则电压表测滑动变阻器两端的电压,根据串联电路电压规律结合欧姆定律可得
③滑片向左滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知,通过电路的电流变大,R2为标有“20Ω 1A”的滑动变阻器,电流表的量程为,电路安全,所以,通过电路的最大电流为0.6A,根据串联分压原理可知,电压表示数变小,电压表示数最大变化量为1V,所以,电压表示数最小为
根据串联电路电压规律结合欧姆定律可得
⑤⑥联立可得
故③正确;
④滑片向右滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据欧姆定律可知,通过电路的电流变小,根据串联分压原理可知,电压表示数变大,电压表示数最大变化量为1V,所以,电压表示数最大为
题目中未确定滑动变阻器移到何处,所以,滑动变阻器的阻值不能确定,所以,定值电阻R1的阻值和电源电压不会是一个定值,故④错误。
综上,故ABD错误,C正确。
故选C。
7.如图所示,电源电压为6V且保持不变,R0=30Ω,滑动变阻器的规格为“20Ω 1A”,电流表的量程为“0~0.6A”,小灯泡上标有“3V 1.5W”字样。不考虑灯丝电阻变化,并保证电路安全,则下列说法正确的是( )
①当S闭合,S1、S2都断开时,电路消耗的最大功率是3.6W;
②当S闭合,S1、S2都断开时,滑动变阻器接入电路的阻值范围是6~20Ω;
③当S、S1、S2都闭合时,滑动变阻器接入电路的最小阻值是12Ω;
④当S、S1、S2都闭合时,电路消耗的总功率最小值为3W。
A.只有①③B.只有①④
C.只有②③D.只有②④
【答案】D
【详解】①.当S闭合,S1、S2都断开,滑动变阻器与灯泡串联,电流表测电路电流,串联电路各处电流相等,所以通过灯泡和滑动变阻器的电流相等,由可得,小灯泡电阻
由P=UI可得,小灯泡正常发光时的电流
由于电流表的量程为0~0.6A,滑动变阻器的规格为“20Ω 1A”,所以,当灯泡正常发光时,电路中电流最大为
I最大=IL=0.5A
电路消耗最大功率
P最大=UI最大=6V×0.5A=3W
故①错误;
②.根据欧姆定律可得,总电阻为
则根据串联电路的总电阻等于各电阻之和可得,滑动变阻器接入电路的最小阻值
R小=R总最小-RL=12Ω-6Ω=6Ω
滑动变阻器的规格为“20Ω 1A”,则最大阻值R大=20Ω,故滑动变阻器接入电路的阻值范围是6Ω~20Ω,故②正确;
③.当S、S1、S2都闭合,由电流表的量程可知,干路中的最大电流为0.6A,根据并联电路干路电流等于各支路电流之和可得,通过滑动变阻器的最大电流为
I滑最大=I-I1=0.6A-0.2A=0.4A
根据欧姆定律可得滑动变阻器的最小值
故③错误;
④.当S、S1、S2都闭合,滑动变阻器与R0并联,通过R0的电流
当滑动变阻器的阻值最大时,此支路上的电流最小,则
则干路上的电流
I最小=I1+I2=0.2A+0.3A=0.5A
电路消耗的总功率最小值
P最小=UI最小=6V×0.5A=3W
故④正确。
故选D。
二、多选题
8.如图所示,电源电压为18V保持不变,灯泡L标有“6V;3W”字样,将滑动变阻器的滑片移动到最左端,闭合开关S、S2,断开开关S1后,a、b表都有示数;当断开开关S2,闭合开关S、S1时,灯泡L正常发光。(a、b表始终满足要求,灯泡L的电阻不变)下列说法正确的是( )
A.a一定是电压表,b一定是电流表
B.R0的阻值为6Ω
C.闭合开关S、S2,断开开关S1,滑动变阻器的滑片从最左端向右移的过程中(灯泡L没有烧毁),b表的示数与a表的示数比值变小
D.闭合开关S、S2,断开开关S1,移动滑动变阻器的滑片至中间位置时,灯泡L的实际功率为0.75W,则此滑动变阻器的最大阻值为120Ω
【答案】AD
【详解】A.由电路图可知,a表与滑动变阻器并联,因此a表应为电压表;b表与灯泡串联,因此b表应为电流表,故A正确;
B.断开开关S2,闭合S、S1时,电阻R0与灯泡L串联,灯泡L正常发光,由
P=UI
可知,灯泡L正常发光时的电流为
由欧姆定律可知,灯泡L的电阻为
由串联电路的电流规律可知,此时电路中电流
由欧姆定律可知,电路中的总电阻为
由串联电路的电阻规律可知,R0的阻值为
R0=R总-RL=36Ω-12Ω=24Ω
故B错误;
C.闭合开关S、S2,断开开关S1,滑动变阻器R与灯泡L串联,a表测量的是滑动变阻器R两端的电压,b表测量此时电路中的电流,由欧姆定律可知,b表的示数与a表的示数比值等于滑动变阻器R电阻的倒数,当向右移动滑动变阻器的滑片时,滑动变阻器R电阻变小,其倒数变大,故C错误;
D.移动滑动变阻器的滑片至中间位置时,灯泡L的实际功率为0.75W,由
P=UI=I2R
可知,此时通过灯泡L的电流为
由串联电路的电流规律可知,此时电路中电流为
由欧姆定律可知,此时电路中的总电阻为
由串联电路的电阻特点可知,此时滑动变阻器接入电路的阻值为
则滑动变阻器的最大阻值为
故D正确。
故选AD。
9.测温棚内的自动测温装置除测量体温外还能记录通过的人数。如图所示,为定值电阻,R是光敏电阻,电源电压为3V。闭合开关S,无人通过时,电压表示数为2.5V,有人通过时,挡住入射到光敏电阻上的光,光敏电阻阻值变为10Ω,电压表示数变为2V,装置计数一次。下列说法正确的是( )
A.有人通过,的电流变小B.有人通过,电路总功率变小
C.无人通过,R的阻值为25ΩD.无人通过,的功率为0.2W
【答案】C
【详解】AB.由题意可知,有人通过时R两端的电压减小,由串联电路的电压特点可知,R0两端的电压增大,为定值电阻,由可知,R0的电流变大,又因为串联电路电流处处相等,因此电路中的电流变大,由由P=UI可知,电源电压一定,有人通过时,电路中的电流变大,电路的总功率变大,故AB错误;
C.有人通过时,光敏电阻阻值变为10Ω,电压表示数变为2V,此时电路中电流
由串联电路的电压特点可知,此时R0两端的电压
U0有=U-UR有=3V-2V=1V
R0的阻值
无人通过时,电压表示数为2.5V,由串联电路的电压特点可知,此时R0两端的电
U0无=U-UR无=3V-2.5V=0.5V
此时电路中电流
由欧姆定律可知,R的阻值
故C正确;
D.由串联电路的电流特点可知,通过无人通过,R0的电流为0.1A,此时R0的功率
故D错误。
故选C。
10.如图甲所示的电路,电源两端的电压不变,R1是滑动变阻器,R2是定值电阻,当开关S闭合后,逐步改变滑动变阻器接入电路的电阻值,根据电压表与电流表的示数,绘制的图象如图乙所示,下列判断正确的是( )
A.滑片在中点时,电压表示数为10V
B.定值电阻R2的电阻值为20Ω
C.电路消耗电功率的最大值为7.2W
D.电源两端的电压为10V,变阻器R1接入电路的最大阻值为120Ω
【答案】BC
【详解】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。
BD.当滑片位于最左端时,接入电路中的电阻为零,此时电路中的电流最大,由乙图可知,I大=0.6A,由可得,电源的电压
U=I大R2=0.6A×R2﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当滑片位于最右端时,接入电路中的电阻最大,此时电路中的电流最小,电压表的示数最大,由乙图可知,U1=10V,I小=0.1A,则变阻器R1接入电路的最大阻值
故D错误;
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源的电压
U=I小R2+U1=0.1A×R2+10V﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得
R2=20Ω
U=12V
故B正确;
A.因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,滑片位于中点时,电路中的电流
此时电压表的示数
故A错误;
C.由图知电路的最大电流为0.6A,电路消耗电功率的最大值为
P大=UI大=12V×0.6A=7.2W
故C正确。
故选BC。
11.如图是小洛设计的一款体温检测装置的简化电路(其中a、b、c处电路元件为热敏电阻、指示灯或电铃),当人体温度正常时,指示灯发光,电铃不响;人体温度高于一定值时,指示灯熄灭,电铃响发出报警。电路中热敏电阻的阻值随人体温度的升高而减小。此装置在使用过程中( )
A.开关S闭合时,电磁铁上端为N极B.电铃应该安装在a处
C.热敏电阻应该安装在b处D.人体温度越高,电磁铁的磁性越强
【答案】AD
【详解】A.开关S闭合时,根据安培定则,电磁铁上端为N极,故A正确;
BCD.当人的体温正常时,指示灯发光,而电铃不响,所以指示灯电路应该常亮,a处应该是指示灯;当人的体温高于某一定值时,电磁铁的磁性增强,将衔铁吸下,闭合电铃电路,同时断开指示灯电路,指示灯熄灭,此时电铃响发出报警,因此b处为电铃。热敏电阻串联在c处,当人体的温度升高时,热敏电阻的阻值减小,控制电路中的总电阻变小,根据欧姆定律,电路中的电流变大,电磁铁的磁性增强,吸下衔铁,灯灭,电铃响报警,故D正确,BC错误。
故选AD。
12.图是某兴趣小组设计的一个能够测定柱状油箱内油量的装置。为了可以直接读出油箱中的油量,需要把电流表(量程为)刻度盘改为相应的油量体积数。已知电源电压恒为6V,R0的阻值为10Ω,滑动变阻器R的最大阻值为40Ω;当油箱内无油时,金属滑片P在B端;油箱装满5L油时,P移至A端;若滑动变阻器接入的阻值随浮子升降均匀变化,则( )
A.电流表零刻度处应改为0LB.电流表0.6A刻度处应改为5L
C.电流表0.2A刻度处应改为2.5LD.电流表0.3A刻度处应改为2.5L
【答案】BC
【详解】A.定值电阻与滑动变阻器串联,R0的阻值为10Ω,滑动变阻器R的最大阻值为40Ω;当油箱内无油时,金属滑片P在B端;此时电路中的电流
电流表0.12A刻度处应改为0L,故A不符合题意;
B.油箱装满5L油时,P移至A端,此时电路中只有R0,电路中的电流
电流表0.6A刻度处应改为5L,故B符合题意;
CD.若滑动变阻器接入的阻值随浮子升降均匀变化,滑片P在中点时油箱中装入2.5L,此时的电流
电流表0.2A刻度处应改为2.5L,故C符合题意,D不符合题意。
故选BC。
13.如图所示电路,电源电压U恒定不变,电流表A1量程为0~3A,A2量程为0~0.6A,电压表V量程为0~3V或0~15V,闭合S,断开S1、S2,滑片P移到最左端,A1表的示数为0.35A,R1和R3消耗的电功率之比P1:P3=3:1;滑片P向右移到某一位置的过程中,A1表的示数变化了0.3A,V表的示数变化了3V,三个开关都闭合时,在确保电路安全的前提下,R2允许接入的最小阻值为R2 小,电路消耗的最大电功率为P大。下列结论正确的是( )
A.R3=10ΩB.电压表选用的量程为0~3V
C.R2小=40ΩD.P大=28W
【答案】AD
【详解】A.由电路图可知,闭合S,断开S1、S2,此时定值电阻R1、R3与滑动变阻器R2串联,电流表A1测电路中电流,电压表V测R3两端电压,滑片P移到最左端时,滑动变阻器接入电路中的阻值为0,此时A1表的示数为0.35A,故由欧姆定律可得
①
此时R1和R3消耗的电功率之比为
P1:P3=3:1
因R1和R3串联,故流过R1和R3的电流相等,则由P=I2R可得,R1和R3消耗的电功率之比等于电阻之比,即
P1∶P3=R1∶R3=3∶1②
滑片P向右移到某一位置的过程中,A1表的示数变化了ΔI=0.3A,V表的示数变化了ΔU=3V,由欧姆定律可得,ΔU和ΔI的比值为电阻R3的阻值,故可得
将R3=10Ω代入②中,解得R1=30Ω,再将R1和R3的值代入①中解得,电源电压为U=14V,故A正确;
B.当滑片P移到最左端时,此时R1和R3串联,R2接入电路中的阻值为0,此时电路中总电阻为
R总=R1+R3=30Ω+10Ω=40Ω
由欧姆定律可得,电路中电流为
故此时R3两端电压为
U3=IR3=0.35A×10Ω=3.5V
可知此时R3两端电压大于3V,故电压表V选用的量程为0~15V,故B错误;
C.三个开关都闭合时,由电路图可知,此时电阻R1、滑动变阻器R2与定值电阻R3并联,其两端电压都等于电源电压,电流表A2测电阻R1和滑动变阻器R2并联的总电流,电流表A1测干路电流,电压表V测电源电压,因电流表A2的最大量程为I2=0.6A,由欧姆定律可得,通过电阻R1的电流为
则通过滑动变阻器R2的最大电流为
此时滑动变阻器R2允许接入的最小电阻为
故C错误;
D.由C中可知,通过定值电阻R3的电流为
故可得干路电流的最大值为
I大=I2+I3=0.6A+1.4A=2A
由P=UI可得,电路消耗的最大电功率为
P大=UI大=14V×2A=28W
故D正确。
故选AD。
14.如图所示电路,电源电压不变,滑动变阻器R2的最大阻值与R1的阻值均为R0,a、b、c分别为电阻(阻值均为R0)、电流表、电压表其中之一,且不相同。当S1、S3闭合时,移动滑片P,电路中消耗的功率始终为I02R0,下列有关说法正确的是( )
A.b一定是电流表,c一定是电压表
B.开关都闭合时,电路消耗功率为2I02R0
C.只闭合S1,若b为电压表,P向右移动,b的示数可能变小
D.将a、c互换,开关都闭合时,电路中的电流可能为3I0
【答案】BD
【详解】A.当S1、S3闭合时,电阻R1开路。移动滑片P,电路中消耗的功率始终为I02R0,说明此时电路中滑动变阻器被短路,故b和c都可能是电流表。当b为电流表,则c为电压表;当b为电压表,则c为电流表。当若a是电压表,则整个电路相当于开路,故不符合题意,因此a是电阻,故A错误;
B.开关都闭合时,电阻与R1并联,滑动变阻器被短路,电路的总电阻为
电路中的电流
电路消耗功率为
故B正确;
C.只闭合S1,电阻R1开路,滑动变阻器 R2与电阻串联。若b为电压表,电压表测量滑动变阻器R2电压,P向右移动,R2接入的阻值变大,b的示数会变大,故C错误;
D.将a、c互换,开关都闭合时,电阻R1被短路,电阻与滑动变阻器R2并联,当动变阻器R2接入的电阻为 时,电路中的电流为3I0,故D正确。
故选BD。
三、填空题
15.如图1是小明设计的天然气泄漏检测电路,R1是气敏电阻,R2是电阻箱,V1和V2是电压表,电源电压U=3V。由图2可知:当天然气浓度变大时,R1阻值 (选填“变大”“变小”或“不变”)。若V1示数用U1表示,V2示数用U2表示,则ΔU=U1-U2。为检测天然气浓度是否超标(超标浓度≥0.6ppm),小明先调节电阻箱R2=1kΩ,则当ΔU 0(选填“=”、“>”或“ 小于1.5V
【详解】[1]由图2可知,当天然气浓度变大时,R1阻值变小。
[2]由图1可知两电阻串联,电压表V1测气敏电阻两端的电压,电压表V2测电阻箱两端的电压,先调节电阻箱R2=1kΩ,当天然气浓度为0.6ppm时,R1=1kΩ,串联电路各处电流相等,根据U=IR可知两电阻两端的电压相等,电源电压U=3V,串联电路总电压等于各部分电压之和,所以
U1=U2=1.5V
则
ΔU=U1﹣U2=0
天然气浓度降低时,气敏电阻接入电路的阻值变大,根据串联分压原理可知气敏电阻两端的电压变大,根据串联电路电压规律可知电阻箱两端的电压变小,会小于1.5V,则
ΔU=U1﹣U2>0
[3]天然气浓度降低时,气敏电阻接入电路的阻值变大,根据串联分压原理可知气敏电阻两端的电压变大,根据串联电路电压规律可知电阻箱两端的电压变小,会小于1.5V。
16.科技小组的同学制作了一个利用电表测物体重力的“重力表”。如图所示,当秤盘内重物增加,“重力表”示数会变大,应选 (选填“电流”或“电压”)表进行改装。电源电压恒为6V,滑动变阻器R2最大阻值为10Ω,当秤盘不放任何重物时,滑片P恰好处于a端,物重每增加1N,a至P之间的电阻刚好增加0.4Ω。当放上一重物时,电流表示数为0.2A,电压表示数为1.6V,则电阻R1的阻值为 Ω,物体重为 N。
【答案】 电压 20 20
【详解】[1]电路图可知,R1与R2串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量滑动变阻器两端的电压。由于电压表的内阻很大,相当于断路,所以在物体重变大,滑片向下移动的过程中,R2接入电路的阻值最大,且不变,由电阻的串联可知电路的总电阻不变,根据可知,电路中的电流不变,即电流表示数不变,不能反映物体的重力变化;滑片向下移动时,aP间的电阻变大,由U=IR可知,aP间的电压变大,即电压表的示数变大,可以将电压表的表盘改造用来显示重力的大小。
[2]根据欧姆定律可知总电阻
根据串联电路的总电阻等于各用电器的电阻之和可得电阻R1的阻值
R1=R﹣R滑=30Ω﹣10Ω=20Ω
[3]根据欧姆定律可知电压表示数为1.6V时电压表测量的电阻为
根据物重每增加1N,a至P之间的电阻刚好增加0.4Ω可知物体的重力为
17.灯泡的额定电压为36V,如图甲是通过它的电流随其两端电压变化的关系曲线,将灯泡接入如图乙所示电路中,滑动变阻器标有“80Ω 1A”字样,当闭合开关S、滑片P位于中点c时,灯泡消耗的实际电功率为12W,则电源电压为 V。
【答案】44
【详解】当闭合开关S、滑片P位于中点c时,灯泡L与滑动变阻器Rc串联,此时变阻器接入电路中的电阻Rc=40Ω,灯泡消耗的实际电功率PL=12W;由图甲可知,当UL=20V,IL=0.6A时,灯泡的实际功率
PL=ULIL=20V×0.6A=12W
因串联电路中各处的电流相等,所以,由可得,滑动变阻器两端的电压
Uc=IcRc=ILRc=0.6A×40Ω=24V
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源电压
U=UL+Uc=20V+24V=44V
18.如图甲所示,电源电压不变,电流表的量程为,的量程为,电压表的量程为,滑动变阻器标有“”字样。将滑动变阻器的滑片置于最左端,的滑片置于最大阻值处。闭合开关、,小灯泡正常发光(不计温度对灯丝电阻的影响)。断开开关,在保证电路元件安全的前提下,将的滑片从最左端向右移动,通过小灯泡和的电流跟电压的关系如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 ,只闭合开关,为保证电路安全,接入电路的最大电阻为 。将滑片置于最左端,闭合开关、,为保证电路安全,整个电路消耗的最大功率为 。
【答案】 3.6 10 7.2
【详解】[1]将滑动变阻器的滑片置于最左端,则接入电路的阻值为,的滑片置于最大阻值处,闭合开关、,灯泡和并联,小灯泡正常发光。断开开关,灯泡和串联,则此时接入电路的阻值为,灯泡正常发光,电源电压不变,根据欧姆定律可知电路电流最大,从图中可知为,且灯泡两端的电压等于电源电压,为
小灯泡的额定功率为
[2]只闭合开关,灯泡和串联,电压表的量程为,根据串联分压特点可知,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大,且灯泡两端的电压
从图中可知此时通过灯泡和的电流为,根据欧姆定律可知接入电路的最大电阻
[3]将R2滑片置于最左端,闭合开关、,灯泡和R1并联,电流表测量通过R1的电流,的量程为,电流表A1测量干路的电流,A1的量程为0~3A 。为保证电路安全,通过R1的电流最大为,通过灯泡的电流为,根据并联电路的电流特点可知干路电流
整个电路消耗的最大功率
19.如图1所示,RG是光敏电阻,R是阻值为10kΩ的定值电阻,电源电压U=9V。光敏电阻RG的阻值与光的照度(光照越强,照度越大,单位为Lux)关系如图2所示,当照度增大时,RG的阻值将 。小芳将量程为3V的电压表接入图1电路,将其改装成照度表,为使光的照度增大时电压表的示数也增大,则该电压表应并联在 两端,能够测量的最大照度为 Lux。改装完成后,若小芳将电源换为电压可调电源(调节范围为12V~15V),且将R换为可调电阻(调节范围为5kΩ~20kΩ),则该装置所能测量的最大照度为 Lux。
【答案】 变小 定值电阻R 1.2 1.4
【详解】[1]由图2知道,光敏电阻RG的阻值随光的照度的增大而变小。
[2]由图1知道,两电阻串联,又知道光敏电阻RG的阻值随光的照度的增大而变小,根据串联分压原理,为使光的照度增大时电压表的示数也增大,应将电压表并联在定值电阻R的两端。
[3]当电压表达到3V时,电路中的电流为
RG两端的电压为
URG=U﹣UR=9V﹣3V=6V
RG的阻值
对照图2知道,此时的最大照度为1.2Lux。
[4]换成可调电源和可调电阻后,为提高最大照度,应选择较小的电源电压和较小的定值电阻,当电源电压为12V,电阻调至5kΩ时,电压表仍并联在可调电阻的两端,当电压表示数达到3V时,电路中的电流
RG两端的电压为
URG′=U′﹣UR′=12V﹣3V=9V
RG的阻值
对照图2知道,此时能测量的最大照度为1.4Lux。
20.某实践小组设计了如图甲所示的温度报警电路,电源电压恒为4V,R1为滑动变阻器,热敏电阻Rt的阻值随温度的变化如图乙所示,阻值不计的报警器在电流达到20mA时开始报警,超过50mA时损坏。
(1)将滑动变阻器滑片P向左移动可 (选填“提高”或“降低”)报警温度。
(2)为设定报警温度为100℃,小组同学利用电阻箱成功进行了两种调试:
方法一:用电阻箱替代滑动变阻器R1,将电阻箱的示数调节为 Ω,即可实现温度为100℃时报警。
方法二:用电阻箱替代热敏电阻Rt,将其值调为 Ω,再调节滑动变阻器滑片P,直至报警器报警,再用热敏电阻Rt替换电阻箱,即可实现温度100℃时报警。
(3)要想实现报警温度可以在50℃~200℃之间调节,则该电路应该选用电压至少为 V的电源,滑动变阻器R1的最大阻值至少为 Ω。
【答案】 降低 40 160 5.4 190
【详解】(1)[1]由电路图可知,热敏电阻Rt与滑动变阻R1串联,滑动变阻器滑片P向左移动时R1接入电路中的电阻变小,与滑片移动前相比,相同温度下,热敏电阻Rt的阻值相同,但电路中电流会变大,随着温度上升,向左移动滑片后的电路较移动滑片之前的电路,电路中电流会先达到报警值20mA,因此将滑动变阻器滑片P向左移动可降低报警温度。
(2)[2]由图乙可得,温度达到100℃时,热敏电阻Rt的阻值为160Ω,而报警器在电流达到20mA(0.02A)时开始报警,要想让报警器在100℃时报警,则此时电路中的总电阻为
由串联电路中总电阻等于各电阻之和可得,与热敏电阻Rt串联的电阻箱阻值为
因此,用电阻箱替代滑动变阻器R1,将电阻箱的示数调节为40Ω,即可实现温度为100℃时报警。
[3]温度为100℃时,对应热敏电阻Rt的阻值为160Ω。用电阻箱替换热敏电阻后对滑动变阻器进行调节,目的是在电路中的电流为20mA,报警器报警时,调节出热敏电阻Rt的阻值为160Ω时滑动变阻器滑片对应的位置,因此电阻箱的电阻应等于100℃时热敏电阻Rt的阻值160Ω。
(3)[4]由图乙可知,热敏电阻Rt的阻值随温度的增加而减小,由欧姆定律可得,电源电压为
由以上公式可得,想要电源电压最小,需要电路中的电流和总电阻都取最小值,但是按设计要求,电路中电流必须达到报警时的最小值20mA,因此电流最小值
Imin=20mA=0.02A
电路总电阻想要取最小值,先将滑动变阻器接入电路中的电阻调为0,而为了使电路能够在50℃时报警,Rt的阻值不能低于其在50℃时的阻值270Ω,则满足电路在50℃时能够报警的总电阻的最小值为,则电源电压最小值为
[5]滑动变阻在电路中起到调节报警温度值的作用,由第(1)题的分析可知,当电源电压一定时,接入电路中滑动变阻器的阻值越小,报警温度值越低,反之,接入电路中滑动变阻器的阻值越大,报警温度值越高。根据电路设计要求,报警温度可以在50℃~200℃之间调节,则报警温度为200℃时滑动变阻器接入电路中的阻值最大,因此要求滑动变阻器的最大阻值应该大于或等于该值。由图乙可知,温度为200℃时,对应热敏电阻Rt的阻值为80Ω,则滑动变阻器的最大阻值为
报警器发生报警的电流I报警=0.02A,由以上公式可知,电路中电源电压U最小时,需要滑动变阻器的最大阻值最小,将I报警=0.02A和Rt=80Ω代入以上推导公式可得,要想实现报警温度可以在50℃~200℃之间调节,滑动变阻器R1的最大阻值至少为
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