如图为某同学实验时所用电路,电路中电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V,滑动变阻器的最大值为50Ω,定值电阻R0为10Ω.电源电压为6V且保持不变,实验操作正确并保证电路各器材安全,则在闭合开关后移动滑片P的过程中( )
A.电流表的最大示数是0.6A
B.电压表的最小示数是1V
C.滑动变阻器的最小功率是0.5W
D.电阻R0的最大功率是0.6W
BC
【解析】由电路图可知,定值电阻与滑动变阻器串联,电压表测定值电阻两端电压,电流表测电路电流;
(1)∵电源的电压大于电压表的最大示数,
∴根据串联电路的分压特点可知当电压表的示数最大时为3V,电路中的电流最大,
根据欧姆定律可得,电流表的最大示数:
Imax===0.3A,故A错误;
此时电阻R0消耗的最大功率:
P0max=UmaxImax=3V×0.3A=0.9W,故D错误;
∵串联电路中总电压等于各分电压之和,
∴滑动变阻器两端的电压:
URmin=U﹣Umax=6V﹣3V=3V,
∵串联电路中各处的电流相等,
此时滑动变阻器的最小功率是PR1=UminImax=3V×0.3A=0.9W;
(2)当滑动变阻器全部接入电路中,电阻最大为R总=R+R0=50Ω+10Ω=60Ω,
则电路中的电流:
Imin===0.1A,
电压表最小示数为:
URmin=IminR0=0.1A×10Ω=1V,故B正确.
∵串联电路中总电压等于各分电压之和,
∴滑动变阻器两端的电压:
URmax=U﹣Umin=6V﹣1V=5V,
此时滑动变阻器的功率是PR2=UmaxImin=5V×0.1A=0.5W,
所以滑动变阻器的最小功率是0.5W,故C正确。
如图所示,定值电阻R0=10Ω,滑动变阻器R的最大阻值为20Ω,灯泡L上标有“3V 0.6W”的字样,忽略灯丝电阻的变化。只闭合开关S、S1,并把R的滑片移到最右端,电流表的示数为0.1A,下列说法正确的是( )
A.电源电压为3V
B.此电路的最小功率为0.3W
C.此电路的最大功率为1.5W
D.通过灯泡L的最大电流为0.2A
ABC
【解析】本题考查了串并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的灵活运用,要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等。
(1)只闭合开关S、S1,R的滑片移到最右端,R0与滑动变阻器串联,R的滑片移到最右端连入电路的电阻为20Ω,则总电阻:R=R0+R滑=10Ω+20Ω=30Ω,
由I=可得,电源的电压:U=IR=0.1A×30Ω=3V;故A正确;
(2)若三个开关都闭合,R的滑片移到最左端连入电路的电阻为0Ω,所以灯泡与R0并联,此时电路中的电流最大;
则:P0===0.9W,
灯泡两端的电压UL=U=3V,与额定电压3V相等,则灯泡正常发光;
由P=UI可得通过灯泡的最大电流为:
IL===0.2A,故D错误;
PL=P额=0.6W,
所以最大总功率P最大=P0+PL=0.9W+0.6W=1.5W;故C正确;
(3)由于RL===15Ω>R0=10Ω;根据电阻的串并联特点可知:
当灯泡与滑动变阻器R的最大值串联时电路中的总电阻最大,电流最小,则总功率最小;
为:P最小===0.3W;故B正确。
如图甲所示,电源电压保持不变,闭合开关S,滑动变阻器的滑片P从n点滑到m点的过程中,两电压表示数随电流变化的图象如图乙所示,下列叙述正确的是( )
A.图乙中ab是表示电压表V1的示数随电流变化的图象
B.R2的阻值为4Ω
C.滑片从n点滑到m点的过程中,电源消耗的最大功率是10W
D.滑片在n点时,5s内电阻R消耗的电能是5J
BC.
【解析】(1)变阻器的滑片P从n点滑到m点的过程中,滑动变阻器连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,根据串联电路的分压原理可知:滑动变阻器两端的电压变小,根据欧姆定律可知R2两端的电压变大;据此可判断出图乙中bc,ab分别是哪一个电压表的示数随电流表示数变化的图线;
(2)由(1)可知,对于R1:通过的电流随两端电压的减小而增大;对于R2:通过的电流随两端电压的增大而增大;据此判断,乙图中cb是R1的U﹣I图象,ab是R2的U﹣I图象.
由图象可知,当U2=4V时,I=1A,由此根据欧姆定律可求R2的电阻;
(3)从“U﹣I”关系图象可以看出,滑片P在n点、m点的电压表示数与电流值,根据串联电路的电压特点求出电源的电压,利用P=UI求出总功率最大值;
(4)滑片在n点时,电流最小,利用W=I2Rt即可求出消耗的电能.
A.变阻器的滑片P从n点滑到m点的过程中,变阻器连入电路的电阻变小,电路中的电流变大,根据串联电路的分压原理可知,变阻器两端的电压变小,根据U=IR可知R2两端的电压变大;
所以,图乙中cb是表示电压表V1的示数随电流表示数变化的图线,ab是表示电压表V2的示数随电流表示数变化的图线,故A错误;
B.由A项分析可知,滑片P从n点滑到m点的过程中,电流变大,变阻器R1两端的电压变小,R2两端的电压变大;
所以,通过R1的电流随两端电压的减小而增大,通过R2的电流随两端电压的增大而增大;
由此可知,乙图中cb是R1的U﹣I图象,ab是R2的U﹣I图象;
由乙图中ab可知,I=1A时,U2=4V,根据I=可得R2的电阻:
R2===4Ω;故B正确;
C.从“U﹣I”关系图象可知,滑片P在n点时,电流Ia=0.5A,U1=7V、U2=2V;
滑片P在m点时,电流Ib=1A,U1′=4V、U2′=4V;
根据欧姆定律和串联电路的电压特点可得电源电压:U=IaR+U1+U2,U=IbR+U1′+U2′,
电源电压不变,则有:IaR+U1+U2=IbR+U1′+U2′,
即:0.5A×R+7V+2V=1A×R+4V+4V,
解得R=2Ω,
则电源电压:U=IaR+U1+U2=0.5A×2Ω+7V+2V=10V;
电路中的最大电流Ib=1A,则电路消粍的总功率最大值:P大=UIb=10V×1A=10W,故C正确.
D.滑片在n点时,电流最小,5s内电阻R消耗的电能:W=Ia2Rt=(0.5A)2×2Ω×5s=2.5J,故D错误。
如图所示电路中,灯泡L标有“6V 3W”字样(不计温度对灯丝电阻的影响),当开关S1闭合,滑动变阻器的滑片P在最左端时,灯泡L正常发光;当开关S1闭合,S2 断开时,滑动变阻器的滑片P在中点时,电流表的示数是 0.2A。求:
(1)电源电压;
(2)滑动变阻器R的最大阻值;
(3)整个电路的最小功率和最大功率。
(1)6V;(2)36Ω;(3)4W。
【解析】(1)由题意可知,电源电压U=U额=6V
(2)当S1闭合,S2断开,设滑动变阻器串入电路的电阻为R1
灯泡电阻
由欧姆定律:
滑动变阻器的增大阻值R=2R1=36Ω
(3) 当小灯泡L与滑动变阻器R串联时,电路的电功率最小:
当小灯泡L与滑动变阻器R并联时,电路的电功率最大:
实验室里有两只额定电压分别为4V和6V的小灯泡L1和L2,将它们连接到图1所示的电源电压可调的电路中,其中通过L2的电流与电压的关系如图2所示.闭合开关S1、S2,断开S3,滑片P置于最左端时,一只小灯泡正常发光,电路消耗的功率为5.2W;只闭合S3,滑片P置于最右端时,也有一只小灯泡正常发光,且L2的电阻与变阻器连入电路中的电阻之比为:R2:R=1:4.求:
(1)L2正常工作时的电阻.
(2)L1正常工作时的电流.
(3)在一只小灯泡正常发光条件下,电源电压的调节范围.
(1)L2正常工作时的电阻为Ω.(2)L1正常工作时的电流0.4A.(3)在一只小灯泡正常发光条件下,电源电压的调节范围为4V~9V.
【解析】本题考查了开关断开和闭合对电路的影响和串、并联电路的判断,以及串联电路电流和电压的特点,利用欧姆定律和电功率公式进行计算;解题的关键是由图象求出电压对应的电流值.本题难点是判断哪个灯泡正常工作,这是解决问题十分重要的依据。
(1)根据图象可得L2正常工作时的电压和电流,UL2=6V,IL2=1A。然后利用欧姆定律公式I=U/R变形可求得正常工作时的电阻RL2= UL2 / IL2= 6V / 1A =5Ω.
(2)闭合开关S1、S2,断开S3,滑片P置于最左端时,L1和L2并联,根据一只小灯泡正常发光,确定一定是L1正常发光,可求得电源电压U=UL1=4V,根据总功率可求得总电流I总=P/U==5.2W/4V=1.3A,根据图象可得出I2的数值I2=0.9A,然后可求得L1正常工作时的电流I1=I总﹣I2=1.3A﹣0.9A=0.4A.
(3)只闭合S3,滑片P置于最右端时,小灯泡L1和L2及变阻器R串联,正常发光的一只灯泡为L1,电路中的电流=I1=0.4A,由图象可知,此时U2=1V,则由I=U/R可得,
L1的电阻R1= UL1/ =4V/0.4A =10Ω,L2的电阻R2= U2/ =1V/0.4A =2.5Ω
由于R2:R=1:4.则变阻器的电阻R=4R2=4×2.5Ω=10Ω,
电源电压U′==0.4A×(R1+R2+R)=0.4A×(10Ω+2.5Ω+10Ω)=9V,
则电源电压的调节范围为4V~9V.
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