如图甲所示的电路,电源电压保持不变,小灯泡L标有“3V 0.75W”字样,滑动变阻器R1的最大电阻值为20Ω,定值电阻R2=20Ω,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V.求:
(1)小灯泡正常发光时的电阻是多少?
(2)只闭合开关S和S2,将变阻器R1的滑片P移到中点时,电流表示数为0.15A,则电源电压是多少?
(3)只闭合开关S、S1和S3,移动变阻器的滑片P,小灯泡L的I﹣U关系如图乙所示,在保证各电路元件安全的情况下,滑动变阻器R1允许接入电路的阻值变化范围是多少?
(1)小灯泡正常发光时的电阻是12Ω;
(2)电源电压是4.5V;
(3)滑动变阻器R1允许接入电路的阻值变化范围是6Ω~20Ω。
【分析】(1)灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据P=UI=求出小灯泡正常发光时的电阻;
(2)只闭合开关S和S2,将变阻器R1的滑片P移到中点时,R1与R2串联,电流表测电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律求出电源的电压;
(3)只闭合开关S、S1和S3时,R1与L串联,电压表测L两端的电压,电流表测电路中的电流,当电压表的示数为3V时,灯泡正常发光,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,根据串联电路的电压特点求出此时滑动变阻器两端的电压,根据串联电路的电流特点结合图象读出此时电路中的电流,再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的最小阻值;根据图象可知灯泡两端的电压为1.5V时通过的电流,假设滑动变阻器可以完全接入电路中,根据欧姆定律求出其两端的电压,根据串联电路的定义特点结合电源的定义确定假设成立,据此得出滑动变阻器接入电路中的最大阻值,然后得出答案。
【解答】(1)由P=UI=可得,小灯泡正常发光时的电阻:
RL==
=12Ω;
(2)只闭合开关S和S2,将变阻器R1的滑片P移到中点时,R1与R2串联,电流表测电路中的电流,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,由I=可得,电源的电压:
U=I(R1+R2)=0.15A×(
×20Ω+20Ω)=4.5V;
(3)只闭合开关S、S1和S3时,R1与L串联,电压表测L两端的电压,电流表测电路中的电流,
当电压表的示数为3V时,灯泡正常发光,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,此时滑动变阻器两端的电压:
U1=U﹣UL=4.5V﹣3V=1.5V,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,由图象可知,此时电路中的电流I1=IL=0.25A,
所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:
R1小==
=6Ω;
由图象可知,灯泡两端的电压UL′=1.5V时,电路中的电流I2=IL′=0.15A,
假设滑动变阻器可以完全接入电路中,则其两端的电压:
U1′=I2R1=0.15A×20Ω=3V,
由U=UL′+U1′可知,假设成立,即滑动变阻器接入电路中的最大阻值为20Ω,
所以,滑动变阻器R1允许接入电路的阻值变化范围是6Ω~20Ω。
【点评】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用,从图象中获取有用的信心是关键。
如图所示,一边长为5cm的正方体形状的物体悬挂在弹簧测力计下,静止时弹簧测力计的示数为3N;现将物体浸没到如图所示底面积为50cm2的圆柱形容器内的液体中,此时弹簧测力计的示数为1N.问:
(1)物体受到的浮力是多少?
(2)物体浸没前后液体对容器底部的压强变化了多少?
(1)物体受到的浮力是2N;
(2)物体浸没前后液体对容器底部的压强变化了400Pa。
【分析】(1)浸没在液体中的物体,对物体进行受力分析,物体受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力、竖直向上的拉力,这三个力是平衡力,根据平衡力条件列出等式求出浮力大小;
(2)知道正方体物体的边长,求出物体的体积,知道浮力,根据阿基米德原理求出液体的密度,知道物体的体积和容器的底面积,求出物体浸没后液体深度变化量,根据液体压强公式求出压强变化量。
【解答】(1)物体的重力为:G=3N,
物体浸没在液体中,受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F浮、竖直向上的拉力F,这三个力是平衡力,
所以物体受到的浮力为:F浮=G﹣F=3N﹣1N=2N。
(2)物体的体积为:V=a3=(5cm)3=125cm3=1.25×10﹣4m3,
物体浸没在液体中,物体排开液体的体积为:V排=V=1.25×10﹣4m3,
根据阿基米德原理得,液体的密度为:
ρ==
=1.6×103kg/m3,
物体浸没在液体中,液体深度变化为为:
△h==
=2.5cm=0.025m,
物体浸没前后液体对容器底部的压强量为:
△p=ρg△h=1.6×103kg/m3×10N/kg×0.025m=400Pa。
【点评】对于压强变化量的问题,首先求出物体浸没在液体中,液体深度的变化量,然后根据△p=ρg△h计算压强变化量。
2020年5月13日,备受大家关注的“悬崖村”的村民们逐渐搬进位于凉山州昭觉县城的易地扶贫搬迁安置点,实现了“拎包入住”。易地扶贫搬迁安置户小强同学家里有一个容积为5L的水壶,水壶里装有3.5kg初温为50℃的水,他用家里的液化气炉具把水加热到70℃使用。(已知液化气的热值q=4.9×107J/m3)求:
(1)烧水过程水吸收了多少热量?
(2)若实际使用了0.02m3的液化气,则该液化气炉具的效率是多少?
(1)烧水过程水吸收的热量为2.94×105J;
(2)液化气炉具的效率是30%。
【分析】(1)已知水的质量、比热容、初温和末温,利用吸热公式Q吸=cm△t求出水吸收的热量;
(2)已知实际使用液化气的体积及其热值,根据公式Q放=Vq可以求出液化气完全燃烧放出的热量;知道水吸收的热量和液化气完全燃烧释放的热量,两者之比就是该液化气炉具的效率。
【解答】(1)水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×3.5kg×(70℃﹣50℃)=2.94×105J;
(2)0.02m3的液化气完全燃烧放出的热量:
Q放=Vq=0.02m3×4.9×107J/m3=9.8×105J,
该液化气炉具的效率:
η==
×100%=30%。
【点评】此题考查了吸热公式、燃料完全燃烧放热公式和热效率计算公式的应用,属于基本规律的考查,难度不大。
“伏安法”测小灯泡的电阻实验中,连接了如图甲所示的电路。
(1)该实验的原理是 ,实验在连接电路时开关应处于 状态。
(2)若实验中当小灯泡正常发光时,电流表和电压表的示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻是 Ω。
(3)图丙是根据实验数据画出的通过小灯泡的电流I与它两端电压U之间的关系图象,由图象可知:通过小灯泡的电流I与它两端电压U不成正比,其原因是小灯泡灯丝的电阻受 影响,并非一个定值。
(1)R=;断开;(2)12.5;(3)温度
【分析】(1)伏安法”测小灯泡的电阻实验原理是R=,为保护电路,实验在连接电路时开关应处于断开状态;
(2)根据电表选用小量程确定分度值读数,由欧姆定律求出小灯泡正常发光时的电阻;
(3)小灯泡灯丝的电阻受温度影响。
【解答】(1)该实验的原理是R=,为保护电路,在连接电路时开关应处于断开状态;
(2)若实验中当小灯泡正常发光时,电流表和电压表的示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.2A;电压表选用小量程,分度值为0.1V,电压为2.5V,由欧姆定律,则小灯泡正常发光时的电阻是:R==
=12.5Ω;
(3)由图象可知:通过小灯泡的电流I与它两端电压U不成正比,说明灯的电阻不是一个定值,其原因是小灯泡灯丝的电阻受温度影响。
【点评】本题测小灯泡的电阻实验,考查实验原理、注意事项、电表读数、电阻计算及影响电阻大小的因素。
如图所示,是探究影响导体电阻大小因素的实验装置图,实验中分别把a、b、c、d四导线接入电路,其中导线a、b、d长度相同,a、b、c粗细相同,b、d粗细不同。
(1)该实验是通过观察电流表的示数来间接比较导线电阻的大小,这种科学研究问题的方法是 法。
(2)选用 两根导线分别接入电路中进行实验,是为了探究电阻大小跟导体的长度有关。
(3)选用a、b两根导线分别接入电路中进行实验,是为了探究电阻大小跟导体的 有关。
(4)选用 两根导线分别接入电路中进行实验,是为了探究电阻大小跟导体的横截面积有关。
(1)转换;(2)bc;(3)材料;(4)bd
【分析】(1)电流表串联在电路中,电压一定,导体电阻越大,电路电流越小,导体电阻越小,电路电流越大,可以通过电流表示数大小判断导体电阻大小;
(2)(3)(4)影响导体电阻大小的因素:导体的材料、长度、横截面积和温度,在研究电阻与其中某个因素的关系时,要采用控制变量法的思想,要研究导体的电阻大小与一个量之间的关系,需要保持其它量不变。
【解答】
(1)该实验中,通过电流表的示数大小间接得知接入电阻丝的阻值大小,应用了转换法;
(2)探究电阻大小跟导体的长度有关时,需要控制材料和横截面积相同,所以需要将bc两根导线分别接入电路中进行实验;
(3)由图可知,导线a、b的粗细、长度均相同、材料不同,因此选用导线a、b分别接入电路中,是为了探究电阻大小跟导体的材料有关;
(4)要探究电阻大小跟导体的横截面积有关,需要控制导体的材料和长度相同,横截面积不同;由图可知,导线b、d的长度、材料均相同、粗细不同,因此选用导线b、d分别接入电路中。
【点评】在探究影响导体电阻大小因素的实验中,注意转换法和控制变量法的应用。
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