(2019·郴州)甲、乙两地相距60 km,在甲、乙两地之间沿直线铺设了两条地下电缆。已知每条地下电缆每千米的电阻为0.2 Ω。现地下电缆在某处由于绝缘层老化而发生了漏电,设漏电电阻为Rx。为了确定漏电位置,检修员在甲、乙两地用电压表、电流表和电源各进行了一次检测。在甲地进行第一次检测时,按如图所示连接电路,闭合开关S,电压表示数为6.0 V,电流表示数为0.5 A。用同样的方法在乙地进行第二次检测时,电压表示数为6.0 V,电流表示数为0.3 A。求:
(1)第一次与第二次检测的电源输出功率之比。
(2)漏电电阻Rx的阻值。
(3)漏电位置到甲地的距离。
解:(1)电源电压U=6 V,
第一次检测电源的输出功率为P1=UI1=6 V×0.5 A=3 W,
第二次检测电源的输出功率为P2=UI2=6 V×0.3 A=1.8 W,
故第一次与第二次检测的电源输出功率之比为P1∶P2=3 W∶1.8 W=5∶3。
(2)设漏电位置与甲地的距离为x km,则离乙地的距离为(60-x) km,
第一次检测时,电路中的总电阻为
R总1==2x km×0.2 Ω/km+Rx①,
第二次检测时,电路中的总电阻为
R总2==(2×(60-x)) km×0.2 Ω/km+Rx②,
联立①②并代入数据解得漏电电阻Rx=4 Ω。
(3)将Rx=4 Ω代入(2)中①式得,=2x km×0.2 Ω/km+4 Ω,
代入数据解得x=20,即漏电位置到甲地距离为20 km。
(2019·广安)小蕊同学在学习了电学知识后,观察到生活中的许多电热器都有多个挡位,于是他利用电压恒为10 V的电源和两个阻值不同的定值电阻,设计了如图所示的电路来探究电热器的多挡位问题。已知R1=20 Ω、R2=30 Ω,请计算:
(1)S2闭合,S1、S3断开时,电路中的电流。
(2)S3断开,S1、S2闭合时,通电5 min电路消耗的电能。
(3)该电路的最大功率和最小功率之比。
解:(1)当S2闭合,S1、S3断开时,两电阻串联,总电阻R串=R1+R2=20 Ω+30 Ω=50 Ω。
电路中的电流I==0.2 A。
(2)S3断开,S1、S2闭合时,电阻R1被短路,只有R2连入电路,
则通电5 min电路消耗的电能W2=×5×60 s=1000 J。
(3)当S2闭合,S1、S3断开时,两电阻串联,此时电路的总电阻最大,根据P=可知,此时总功率最小,所以,P最小==2 W;
当S1、S3闭合,S2断开时,两电阻并联,此时电路中的总电阻最小,根据P=可知,此时总功率最大,此时的总电阻R并==12 Ω,
P最大= W,
则最大功率与最小功率之比。
(2019·安顺)小军同学在“测定小灯泡电功率”的实验中,选用如图甲所示的器材和电路,其中电源电压为6 V,小灯泡的额定电压为2.5 V(灯丝电阻约为12 Ω)。
(1)为了能够顺利完成该实验探究,下列两种规格的滑动变阻器应选用 (选填“A”或“B”)。
A.“10 Ω 5 A”的滑动变阻器
B.“50 Ω 0.5 A”的滑动变阻器
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不发光,电压表有示数,电流表无示数,若电路只有一处故障,则故障原因是 。
(3)根据实验测得的数据,绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图像(如图乙所示),分析图像可知:小灯泡的额定功率为 W。
(4)完成上面实验后,小军同学又想测量额定电压为U额的灯泡的额定功率,但发现电流表已损坏,于是他又找来了两个开关和一定值电阻,设计了如图丙所示的电路,已知电源电压恒为U,定值电阻的阻值为R0,请你完成下面实验步骤:
① (填写S、S1、S2的通断情况),调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为 ;
② (填写S、S1、S2的通断情况),保持滑动变阻器的滑片不动,读出电压表示数为U1;
③灯泡额定功率的表达式为P额= 。
(1)B (2)小灯泡断路
(3)0.625
(4)①闭合开关S、S1,断开S2 U-U额
②闭合开关S、S2,断开S1
③
解析:(1)灯泡正常工作时电流约为IL=≈0.2 A,测定灯泡功率的实验中,灯泡与滑动变阻器串联,根据串联电路电压特点可知,灯泡正常工作时,滑动变阻器两端电压为U滑=U-UL=6 V-2.5 V=3.5 V,由I=可得,滑动变阻器接入电路的电阻为R滑==17.5 Ω。所以滑动变阻器应选“50 Ω 0.5 A”的滑动变阻器,故选B。(2)闭合开关后,小灯泡不亮,电流表无示数,说明电路存在断路,电压表示数有示数,说明与电压表并联的灯泡断路。(4)分析实验的原理可以得出其具体的步骤为:①闭合开关S、S1,断开S2,移动滑动变阻器的滑片,使电压表示数为U-U额;②闭合开关S、S2,断开S1,保持滑动变阻器的滑片位置不变,读出电压表示数为U1;③通过灯泡的电流I=IR0=,灯泡的额定功率的表达式为P额=U额I=U额×=。
(2019·齐齐哈尔)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小丹设计了如图甲所示的电路图,已知小灯泡的额定电压为2.5 V,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 A”,电源是由2节新干电池串联组成。
(1)请用笔画线代替导线,帮助小丹按电路图甲将图乙电路连接完整。(要求导线不交叉)
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器滑片置于 (选填“A”或“B”)端。
(3)连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不发光,电流表有示数,电压表无示数,则电路故障可能是 。
(4)排除故障后,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,电流表示数如图丙所示为 A,则小灯泡的额定功率为 W,此时灯丝的电阻为 Ω。
(5)小丹继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率,滑动变阻器的滑片应向 (选填“A”或“B”)端调节,观察到小灯泡变亮。
(6)下表是小丹根据实验测得的多组数据,她通过分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的,则影响小灯泡灯丝电阻变化的主要因素是 。
实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
电压U/V | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 2.8 |
电流I/A | 0.12 | 0.16 | 0.18 | 0.22 |
(7)小丹经过思考,发现用两只电流表和一个阻值为R0的定值电阻也可以测出小灯泡的额定功率,她设计的电路如图丁所示,具体操作是:闭合开关S,调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时,小灯泡正常发光,此时电流表A2的示数为I2,则小灯泡额定功率的表达式为P= 。(用I1、I2、R0表示)
(1)如图所示
(2)A
(3)小灯泡短路
(4)0.2 0.5 12.5
(5)B
(6)温度
(7)R0I1×(I2-I1)
解析:(2)闭合开关前,应将滑动变阻器滑片置于阻值最大处的A端。
(3)连接好电路后,闭合开关,电流表有示数,电压表无示数,说明电路为通路,发现小灯泡不发光,则电路故障可能是小灯泡短路。
(4)排除故障后,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5 V,电流表示数如图丙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02 A,电流为0.2 A则小灯泡的额定功率为PL=ULIL=2.5 V×0.2 A=0.5 W;由欧姆定律可知,此时灯丝的电阻为RL==12.5 Ω。
(5)小丹继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率,即增大小灯泡两端的电压,减小滑动变阻器两端的电压,由分压原理可知,应减小滑动变阻器接入电路的电阻,故滑动变阻器的滑片应向B端调节。
(2019·黄冈)在用伏安法测量标有“2.5 V”灯泡额定功率的实验中,小明发现电流表损坏了,其他元件完好。
(1)小明用已有的器材5 Ω的电阻R0和另一块电压表,设计了如图所示电路图。其中虚线框内的元件组合体相当于 。
(2)小明进行了如下实验,请补充完整。
①连接好电路,将滑动变阻器连入电路的滑片调到 。
②闭合开关S,移动滑片,使灯泡两端电压为 V。
③再读出R0两端的电压为1.5 V。
(3)若实验操作正确,则灯泡的额定功率为 W。
(1)电流表
(2)①b端 ②2.5
(3)0.75
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