如图所示的电路中,电源电压恒定不变,电压表的量程为0~15V,电流表的量程为0~0.6A,灯L上标有“6V 3W”字样(不考虑灯丝电阻随温度的变化),定值电阻R2=30Ω.当只闭合开关S1、S2,调节滑片P至距B端一处时,灯L正常工作;当只闭合开关S1、S3,调节滑片P至中点处时,电流表示数为0.3A,求:
(1)灯泡的电阻;
(2)电源电压;
(3)在保证电路各元件安全的情况下,只闭合开关S1、S2时,灯L消耗的电功率范围。
(1)灯泡的电阻为12Ω;
(2)电源电压为18V;
(3)在保证电路各元件安全的情况下,只闭合开关S1、S2时,灯L消耗的电功率范围为0.75W~3W。
【分析】(1)知道灯泡的额定电压和额定功率,根据P=UI=求出灯泡的电阻;
(2)当只闭合开关S1、S2,调节滑片P至距B端一处时,R1与L串联,根据串联电路的电流特点和P=UI求出电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压;当只闭合开关S1、S3,调节滑片P至中点处时,R2与R1串联,电流表测电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压,然后联立等式即可求出电源电压;
(3)只闭合开关S1、S2时,R1与L串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,此时灯泡可以正常发光,其功率等于额定功率;当电压表的示数最大时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,灯泡的功率最小,根据串联电路的电压特点求出此时灯泡两端的电压,利用P=UI=求出灯L消耗的最小电功率,然后得出灯L消耗的电功率范围。
【解答】(1)由P=UI=可得,灯泡的电阻:
RL===12Ω;
(2)当只闭合开关S1、S2,调节滑片P至距B端一处时,R1与L串联,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,由P=UI可得,电路中的电流:
I1=IL===0.5A,
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=I1(RL+R1)=0.5A×(12Ω+R1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当只闭合开关S1、S3,调节滑片P至中点处时,R2与R1串联,电流表测电路中的电流,
则电源的电压:
U=I2×(R2+R1)=0.3A×(30Ω+R1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得:U=18V,R1=60Ω;
(3)只闭合开关S1、S2时,R1与L串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,
此时灯泡可以正常发光,其最大功率为3W,
当电压表的示数U1=15V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,灯泡的功率最小,
此时灯泡两端的电压:
UL′=U﹣U1=18V﹣15V=3V,
灯L消耗的最小电功率:
PL′===0.75W,
所以,灯L消耗的电功率范围为0.75W~3W。
【点评】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的综合应用,要注意灯泡正常发光时的功率和额定功率相等。
在九年级物理拓展课上,李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景,设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料,若他用250N的拉力在20s内将450N的材料提升了10m,(不计绳重和摩擦,g=10N/kg)。求:
(1)拉力的功率是多少?
(2)提升450N材料时,此滑轮组的机械效率是多少?
(3)若绳子能承受的最大拉力为400N时,此滑轮组的机械效率最大可提高到多少?
(1)拉力的功率是375W;
(2)提升450N材料时,此滑轮组的机械效率是60%;
(3)若绳子能承受的最大拉力为400N时,此滑轮组的机械效率最大可提高到75%。
【分析】(1)由图可知连接动滑轮绳子的股数,根据s=nh求出绳子自由端移动的距离,然后利用W=Fs求出拉力做的功,最后根据P=求出拉力的功率;
(2)由W有用=Gh可求得有用功,利用η=可求得机械效率;
(3)由F=(G+G动)可求得动滑轮的重力,再利用F′=(G′+G动)可求得最大物重,然后利用η===求得此滑轮组的最大机械效率。
【解答】(1)由图知,n=3,
则绳子自由端移动的距离:
s=nh=3×10m=30m,
拉力做的功:
W总=Fs=250N×30m=7500J,
则施加拉力的功率:
P===375W;
(2)有用功W有用=Gh=450N×10m=4500J,
机械效率η=×100%=×100%=60%;
(3)由F=(G+G动)可得,
动滑轮的重力G动=nF﹣G=3×250N﹣450N=300N;
由F=(G+G动)可得,
最大物重G′=nF′﹣G动=3×400N﹣300N=900N;
此滑轮组的最大机械效率η′=====75%。
【点评】本题考查了功的公式、功率公式及效率公式的应用等知识,掌握相关的公式及变形公式是解题的关键。
如图所示是某款电热水壶及相关信息表。现在该水壶内装入1L、初温为20℃的水,放置在水平桌面上。接通电源使其正常工作,在标准大气压下将水烧开。求:
额定功率 | 1000W |
自重 | 5N |
与桌面接触面积 | 200cm2 |
(1)装入水后水壶对桌面的压强;
(2)水吸收的热量;
(3)此电热水壶在额定电压下正常工作7min可将1L水烧开,试计算该电热水壶的加热效率。(c水=4.2×103J/(kg•℃),g=10N/kg)
(1)装入水后水壶对桌面的压强为750Pa;
(2)水吸收的热量为3.36×105J;
(3)该电热水壶的加热效率为80%。
【分析】(1)知道水壶内装水的体积,根据ρ=求出水壶内装水的质量,根据G=mg求出水壶内水的重力,装入水后水壶对桌面的压力等于水和水壶的重力之和,根据p=求出装入水后水壶对桌面的压强;
(2)知道水的质量和比热容以及初温、末温(在标准大气压下水的沸点是100℃),根据Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的热量;
(3)电热水壶在额定电压下正常工作时的功率和额定功率相等,根据W=Pt求出消耗的电能,利用η=×100%求出该电热水壶的加热效率。
【解答】(1)水壶内装水的体积:
V水=1L=1dm3=1×10﹣3m3,
由ρ=可得,水壶内装水的质量:
m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3=1kg,
水壶内水的重力:
G水=m水g=1kg×10N/kg=10N,
装入水后水壶对桌面的压力:
F=G水+G水壶=10N+5N=15N,
装入水后水壶对桌面的压强:
p===750Pa;
(2)在标准大气压下水的沸点是100℃,则水吸收的热量:
Q吸=c水m(t﹣t0)=4.2×103J∕(kg•℃)×1kg×(100℃﹣20℃)=3.36×105J;
(3)由P=可得,电热水壶消耗的电能:
W=Pt′=1000W×7×60s=4.2×105J,
该电热水壶的加热效率:
η==×100%=80%。
【点评】本题考查了密度公式、重力公式、压强公式、吸热公式、电功公式、效率公式的综合应用,要注意在标准大气压下水的沸点是100℃。
在“探究电流与电阻的关系”实验中:
(1)如图甲所示,请你用笔画线代替导线,将图中电路连接完整(请勿更改原有导线,导线不得交叉),
要求:当滑动变阻器的滑片P向左移动时,电路中的电流变大。连接电路时,开关必须 。
(2)闭合开关后,发现电压表有示数且接近电源电压,电流表无示数,其原因是 。
(3)实验过程中,将5Ω的电阻接入电路中,闭合开关,调节滑动变阻器滑片P至适当位置,此时电流表示数如图乙所示,则电流表示数为 A.将5Ω的电阻更换为10Ω的电阻,闭合开关,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“左”或“右”)端移动,使电压表示数为 V。
(1)如上;断开;(2)电阻R断路;(3)0.3;右;1.5
【分析】(1)根据滑动变阻器的滑片P向左移动时,电路中的电流变大确定变阻器左下接线柱连入电路中;连接电路时,开关必须断开;
(2)若电流表示数为0,说明电路可能断路;电压表示数接近电源电压,说明电压表与电源连通,则与电压表并联的支路以外的电路是完好的,则与电压表并联的电路断路了;
(3)根据电流选用的量程确定分度值读数,由定律定律求出电压表示数;
根据控制变量法,研究电流与电阻的关系时,需控制定值电阻的电压相同,当换上大电阻时,根据分压原理确定电压表示数的变化,由串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片移动的方向。
【解答】(1)当滑动变阻器的滑片P向左移动时,电路中的电流变大,即电阻变小,故变阻器左下接线柱连入电路中,如下所示:
连接电路时,开关必须断开;
(2)闭合开关后,发现电压表有示数且接近电源电压,电流表无示数,其原因是电阻R断路。
(3)实验过程中,将5Ω的电阻接入电路中,闭合开关,调节滑动变阻器滑片P至适当位置,此时电流表示数如图乙所示,则电流表示数为0.3A;
由定律定律,电压表示数:U=IR=0.3A×5Ω=1.5V;
根据串联分压原理可知,将定值电阻由5Ω改接成10Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;
探究电流与电阻的实验中应控制电压不变,应保持电阻两端的电压不变,根据串联电路电压的规律可知应增大滑动变阻器分得的电压,由分压原理,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应向右端移动,使电压表的示数为1.5V。
【点评】本题探究电流与电阻的关系,考查电路连接、注意事项、故障分析、电流表读数和操作过程及控制变量法的运用。
“探究光的反射规律”的实验装置如图甲所示,平面镜放在水平桌面上,标有刻度(图中未画出)的白色纸板ABCD能绕垂直于CD的ON轴翻转,在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。
(1)实验前,应将纸板 放置平面镜上;移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,可观察到反射光束沿 时针方向转动;
(2)移动激光笔,使入射角为45°,测得反射角也为45°,由此就得出“光反射时,反射角等于入射角”的结论你认为有何不妥之处? ;
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现此现象说明了: ;
(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,此时反射光束 (选填字母符号)。
A.仍在纸板上呈现
B.被纸板挡住
C.在纸板前方
(5)实验结束后,同组的小明和小刚都想从镜子中看到对方的眼睛,而不想让对方看到自己的眼睛,结果他俩谁都没有能做到,你认为没有能做到的原因是 。
(1)垂直;顺;(2)一次实验得到的结论具有偶然性;(3)反射光线、入射光线和法线在同一平面内;(4)C;(5)反射时,光路是可逆的
【分析】(1)实验中应将硬纸板垂直置于平面镜上;根据反射角等于入射角的关系进行分析;
(2)为避免实验的偶然性,应多做几次试验,然后才可以得出结论;
(3)光的反射定律:反射光线、入射光线、法线在同一平面内,反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角。
(4)根据法线始终垂直于平面镜分析;
(5)光的反射现象中,光路是可逆的。
【解答】
(1)白色纸板ACDB应垂直放置于平面镜上,这样反射光线才可以在硬纸板上呈现;
如图甲,移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,则入射角增大,反射角也增大,则反射光线会远离法线,即反射光线将会顺时针转动;
(2)因为一次实验具有有很大的偶然性,所以不能只由一组数据就得出结论,应改变入射角的度数进行多次实验。
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。此现象说明了反射光线、入射光线和法线在同一平面内;
(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,而法线始终垂直于平面镜,则反射光线、入射光线、法线所在的平面也垂直于平面镜,所以可知反射光束在纸板前方,故应选C。
(5)因为反射时,光路是可逆的,所以小明和小刚都能从镜子中看到对方的眼睛,而不想让对方看到自己的眼睛是做不到的。
【点评】实验题是中考中必不可少的题目,要加强实验教学,引导学生从实验中分析现象,归纳总结规律。培养学生观察、分析、概括能力。
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