专题02 与“最值”问题和电路安全相关的复杂动态电路电学综合计算模型 -【压轴必刷】2022中考物理压轴电学计算题和实验题之经典模型培优练习(解析版).docx
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- 压轴必刷 专题02 与“最值”问题和电路安全相关的复杂动态电路电学综合计算模型 -【压轴必刷】2022中考物理压轴电学计算题和实验题之经典模型培优练习解析版 专题 02 问题 电路 安全 相关 复杂
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1、专题02 与“最值”问题和电路安全相关的复杂动态电路电学综合计算模型一计算题(共12小题)1如图甲所示,电源电压为9V且不变,小灯泡L正常发光时的电压为3V,滑动变阻器R1标有“? 1.5A”。只闭合开关S2,当滑动变阻器接入最大阻值四分之一时,小灯泡L正常发光且电流表指针满偏(电流表取00.6A量程)。电表表盘如图乙所示。假设灯丝电阻不变。求:(1)灯丝的电阻为多少?(2)只闭合开关S2时,在电路安全的情况下,求电路消耗的最小总功率为多少?(3)闭合S1,断开S2,将另一个电压表V2接入电路,原电路连接不变,电流表量程不变,电压表根据需要可以选择合适的量程。当滑片P置于某一位置时,三个电表指
2、针偏转格数相同,且表V2示数大于表V1的示数,求R2可能的阻值?【答案】(1)灯丝的电阻为5;(2)电路消耗的最小总功率为1.8W;(3)R2的可能阻值为25或20。【解答】解:(1)只闭合开关S2时,滑动变阻器R1与灯泡L串联接入电路,电流表测量电路中的电流,当滑动变阻器接入最大阻值的时,灯泡L正常发光,电流表指针满偏,此时I0.6A;又因为小灯泡L正常发光时的电压为3V,所以灯丝的电阻RL;(2)已知U电源9V,U灯3V,只闭合开关S2时,滑动变阻器R1与灯泡L串联接入电路,则有:U滑U电源U灯9V3V6V;此时滑动变阻器的四分之一接入电路,由欧姆定律可得:,所以R滑40;只闭合开关S2时
3、,当滑片滑到b端,电路中电流最小,由欧姆定律可得:Imin;则电路消耗的最小总功率PminU电源Imin9V0.2A1.8W;(3)在保证原电路不变的情况下,表V2示数大于表V1的示数,说明V2的量程为15V,电压表V2有两种接法:电压表V2与R2并联,U2+U19V,且U25U1;求得U11.5V,U27.5V;由乙图可知,电压表V1的分度值为0.01V,所以电表偏转的格数为n;此时电流表的分度值为0.02A,则电流表的读数为I150.02A0.3A;R2的阻值为:R225;电压表V2与电源并联,其读数等于9V,则其偏转的格数为n;则电压表V1的示数为U1180.01V1.8V,电流表的示数
4、为I180.02A0.36A,电阻R2两端的电压U2U电源U19V1.8V7.2V;R2的阻值为:R220;故R2的可能阻值为25或20。2如图所示,电源电压和灯泡电阻保持不变,电流表的量程为03A,电压表量程为015V,滑动变阻器的规格为“120 1A”。当开关S、S2、S4闭合时,滑片P在最大值的处时电压表示数为U1,电流表示数为I1,电路总功率为P1;滑片P在b端时电压表示数为U2,电流表示数为I2,电路总功率为P2。当开关S、S1、S2、S3闭合时,灯泡消耗的电功率为16.2W,P1:P21:2,U1:U22:1。均在电路安全的情况下,求:(1)I1:I2;(2)电源电压;(3)电路消
5、耗的总功率最小值;(4)当电路消耗的总电功率最大时滑动变阻器的阻值【答案】(1)I1:I21:2;(2)电源电压为18V;(3)电路消耗的最小电功率是2.7W;(4)当电路消耗的总电功率最大时,滑动变阻器接入电路的阻值是60。【解答】解:(1)由图可知,当开关S、S2、S4闭合,滑片P在最大值的处时,灯泡L、滑动变阻器R1、定值电阻R2串联接入电路,电流表测量电路中的电流,电压表测量滑动变阻器R1与定值电阻R2两端的总电压,此时滑动变阻器接入电路的阻值R112030;当开关S、S2、S4闭合,滑片P在b端时,灯泡L、定值电阻R2串联接入电路,电流表测量电路中的电流,电压表测量定值电阻R2两端的
6、总电压,此时滑动变阻器接入电路的阻值为0;当开关S、S2、S4闭合,滑片P在最大值的处时,电路的总功率P1U电源I1.,当开关S、S2、S4闭合,滑片P在b端时,电路的总功率P2U电源I2.,又P1:P21:2.联立,解得I1:I21:2;(2)当开关S、S2、S4闭合,滑片P在最大值的处时,此时滑动变阻器接入电路的阻值R130,电压表的示数U1I1(R1+R2).;当开关S、S2、S4闭合,滑片P在b端时,电压表的示数U2I2R2.又U1:U22:1.,I1:I21:2.,联立,解得:定值电阻R210,又I1,I2,代入式解得灯泡的电阻RL20;当开关S、S1、S2、S3闭合时,灯泡L、滑动
7、变阻器R1、定值电阻R2并联接入电路,电流表测量干路中的总电流,电压表测量开关S3两端的电压,即电压表示数为0,此时灯泡两端的电压UL18V,所以电源电压UUL18V;(3)根据PUI可知,当电压一定时,电路中的电流越小,总功率越小,根据欧姆定律可知,当电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,所以电路要组成串联,当开关S、S2、S4闭合,灯泡L、滑动变阻器R1、定值电阻R2串联在电路中,当滑动变阻器移到最大阻值端时,电路中的电流I总10.12A,此时电压表示数U电压表U滑动+U定I总1R滑最大+I总1R20.12A120+0.12A1015.6V15V所以当电压表示数为15V时,电路中的电流最小
8、,此时灯泡L两端的电压ULUU电压表18V15V3V,电路中的最小电流I最小IL0.15A电路消耗的最小电功率P最小UI最小18V0.15A2.7W;(4)根据PUI可知,当电压一定时,电路中的电流越大,总功率越大,根据欧姆定律可知,当电路中的电阻最小时,电路中的电流最大,所以电路要组成并联,当开关S、S1、S2、S3闭合时,灯泡L、滑动变阻器R1、定值电阻R2并联接入电路,通过灯泡L的电流IL0.9A,定值电阻R2的电流I21.8A,由于电流表所选量程是03A,即干路中的电流最大为3A,所以通过滑动变阻器的最大电流I滑最大I总ILI23A0.9A1.8A0.3A,滑动变阻器接入电路的阻值R滑
9、60。3如图所示,电源电压和灯L的电阻保持不变,定值电阻R120,灯L标有“6V 6W”字样。电流表量程为00.6A,电压表量程为015V,求:(1)灯泡L的电阻为多少?(2)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,电压表的示数为6V,电流表的示数为0.5A,滑动变阻器R2的最大阻值为多少?(3)在确保电路安全的情况下,电路消耗的最小功率与最大电功率之比为多少?(不考虑电路中无电流通过的情况)。【答案】(1)灯泡L的电阻为6;(2)滑动变阻器R2的最大阻值为30;(3)在确保电路安全的情况下,电路消耗的最小功率与最大电功率之比为5:18。【解答】解:(1)根据PUI可得,灯泡的
10、额定电流:,根据欧姆定律可得,灯泡的电阻:;(2)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R1与滑动变阻器的最大值并联,电流表测干路电流为0.5A,因为并联电路中各支路两端的电压相等,因此电压表与电源电压都为6V;则通过R1的电流:,因为并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以通过滑动变阻器的电流:IabII10.5A0.3A0.2A;由I可知,滑动变阻器的最大阻值:;(3)当电流表示数为0.6A时,电路中的功率最大,即最大功率:P最大UI最大6V0.6A3.6W;当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器与灯泡串联,并且滑动变阻器接入电路在阻值最大时,电路消耗的功率最小,此
11、时电路电流:,电路中的最小功率:,故P最小:P最大1W:3.6W5:18。4如图所示电路,电源电压恒定不变,定值电阻R110,R230,电流表A量程为03A,电压表V1、V2的量程为03V、015V。闭合开关S,电流表的示数为0.3A。求:(1)电阻R1消耗的功率;(2)电源电压;(3)现有三个滑动变阻器:“202A”、“1002A”、“1501A”,请选择其中一个替换定值电阻R1或R2中的一个,要求闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片,在保证电路中各元件都能安全工作的情况下电路中的电功率变化量最大。通过计算说明应选择哪个电阻,并求出电功率的最大变化量。【答案】(1)电阻R1消耗的功率为0.9W;
12、(2)电源电压为12V;(3)应选用“1002A”滑动变阻器替换R2,电路电功率的最大变化量为13.1W【解答】解:由图知,两电阻串联,电流表测电路中电流,电压表V1测R1两端电压,电压表V2测R2两端电压。(1)根据串联电路的电流特点知I0.3A,R1消耗的功率:P1I2R1(0.3A)2100.9W;(2)总电阻RR1+R210+3040,由欧姆定律可得,电源电压;UIR0.3A4012V;(3)由PUI可知电源电压一定,当通过电路的电流变化最大时电路中的电功率变化量最大,由I可知电压变化越大,通过电路的电流变化越大,由题意知,定值电阻R110,R230,所以应用滑动变阻器替换R2,因为电
13、源电压大于3V,此时电压表V1的量程改为015V。当用“202A”的变阻器替换R2,滑动变阻器接入电路阻值最大时,通过电路的电流:I10.4A,滑动变阻器两端的电压为:UH1I1RH10.4A208V15V,滑动变阻器接入电路的阻值为0时,通过电路的电流:I11.2A2A,电路安全,电路电功率的最大变化量为:P19.6W;当用“1002A”的变阻器替换R2,滑动变阻器接入电路阻值最大时,通过电路的电流:I20.11A,滑动变阻器两端的电压为:UH2I2RH20.11A10011V15V,电路安全,电路电功率的最大变化量为:P213.1W;用“1501A”的变阻器替换R2,滑动变阻器接入电路的阻
14、值为0时,通过电路的电流:I31.2A1A,电路不安全,综上可知,应选用“1002A”滑动变阻器替换R2,电路电功率的最大变化量为13.1W。5如图所示电路,电源电压不变。定值电阻R110,滑动变阻器R2标有“60 1A”字样,灯泡上标有“8V 4W”字样,灯泡阻值不受温度影响。电流表可选用“00.6A”或“03A”两种量程,电压表可选用“03V”或“015V”量程。(1)求灯泡正常发光时的电阻。(2)闭合开关S和S2,调节滑动变阻器的滑片在中点时,灯泡正常发光,求电路总功率。(3)若电源电压可变,电压表只用“015V”量程。闭合开关S和S1,调节滑动变阻器过程中,在电路安全的前提下,电流表的
15、最大示数和最小示数如图所示(两次读数时电流表可能更换了量程)。求电源电压的可能值以及电路总功率的最大值。【答案】(1)灯泡正常发光时的电阻为16。(2)闭合开关S和S2,调节滑动变阻器的滑片在中点时,灯泡正常发光,电路总功率为11.5W。(3)若电源电压可变,电压表只用“015V”量程。闭合开关S和S1,调节滑动变阻器过程中,在电路安全的前提下,电源电压的可能值为18V,电路总功率的最大值18W。【解答】解:(1)根据P可知,灯泡正常发光时的电阻为:RL16;(2)闭合开关S和S2,灯泡和滑动变阻器串联,滑片在中点时电阻为30,此时灯泡正常发光,则:ULU额8V,根据串联电路电流处处相等可知电
16、流为:II2IL0.5A,故电路总功率为:P总UII2R总I2(RL+R2)(0.5A)2(16+30)11.5W;(3)闭合开关S和S1时,R1与R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流,由图可知,左边电流表示数可能为1.5A、0.3A,右边电流表示数可能为1A、0.2A,由于滑动变阻器允许通过的最大电流是1A,所以电流表的示数不能是1.5A,所以电流表的最大是值1A,最小值是0.3A,或电流表的最大值是0.3A,最小值是0.2A,当最大电流为1A、最小电流为0.3A时,当电流最小为0.3A时,滑片不能调到最右端,因为此时变阻器电压为:UIR600.3A18V,会超过电压表的最
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