版块17 电功率 专题17-11 电学综合计算 （学生版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题17-11 电学综合计算 例1、在如图甲所示的电路中，电源电压恒定不变．R1、R2为定值电阻，已知电灯L 的伏 安特性曲线(即电流随两端电压的变化图像)如图乙所示．当开关S1、S3闭合，S2断开 时，电流表的示数为026 ；当开关S2、S3闭合，S1断开时，电流表的示数为125 ； 当开关S3闭合，S1、S2断开时，电流表的示数为02 ．求： (1)当开关S1、S3闭合，S2断开，5 m 内电路消耗的电能是多少？ (2)当开关S3闭合， S1、S2断开，R2消耗的电功率是多大？ 甲 乙 【答】(1) 390 ；(2) 024 【解析】(1)当开关S1、S3闭合，S2断开时，电路中只有L 工作， 已知L＝026 ，由图像可知：UL＝5 V，则电源电压U＝UL＝5 V， ＝ULt＝5 V×026 ×300 s＝390 ； (2)当开关S2、S3闭合，S1断开时，电路中只有R1工作，R1＝＝＝4 Ω 当开关S3闭合， S1、S2断开时，R1、R2和L 三者串联， 已知＝02 ，由图像可知：UL′＝3 V， U1＝R1＝02 ×4 Ω＝08 V，U2＝U－U1－UL′＝5 V－08 V－3 V＝12 V， P2＝U2＝12 V×02 ＝024 ． 例2、如图所示，电源电压保持不变，电流表的量程为0～06 ，电压表的量程为0～15 V，R1＝20 Ω，滑动变阻器R2 的 规格为“100 Ω 1 ”． (1)闭合开关S1，断开开关S2、S3，电流表示数为04 ，求电 源电压． (2)闭合开关S3，断开开关S1、S2，滑动变阻器滑片置于中点位置时，电压表的示数为 4 V，求R3的阻值． (3)闭合开关S1、S2和S3，在不损坏电流表、电压表的情况下，求滑动变阻器R2的阻值 取值范围． 第 1 页 / 共 6 页 【答】(1) 8 V；(2) 50 Ω；(3)40～100 Ω 【解析】(1)闭合开关S1，断开开关S2、S3，为R1的简单电路，电流表示数为04 ，根据欧姆定律可 得，电源电压：U＝1R1＝04 ×20 Ω＝8 V (2)闭合开关S3，断开开关S1、S2，R2、R3串联，滑动变阻器滑片置于中点位置时，电压表 (测滑动变阻器的电压)的示数为4 V．则电路中的电流：2＝＝＝008 ， 根据串联电路的规律和欧姆定律可得，R3的阻值：R3＝＝＝50 Ω (3)闭合开关S1、S2和S3，R1、R2并联，电压表测电源电压，电流表测干路电流，根据并联 电路各支路互不影响，通过R1的电流为04 ；电流表的量程为0～06 ，则干路电流最大为 06 ，由并联电路电流的规律，通过滑动变阻器的最大电流： 最大＝总大－1＝06 －04 ＝02 ， 由欧姆定律可得，滑动变阻器连入电路的最小电阻：R 滑小＝＝＝40 Ω； 当滑动变阻器滑片移动最左端时，滑动变阻器接入阻值最大，总电流最小，没有超过电流表 量程，故滑动变阻器的最大电阻为100 Ω，在不损坏电流表、电压表的情况下，滑动变阻器 R2的阻值取值范围为40～100 Ω 例3、如图，电源电压一定，已知灯泡L 标有“6 V 72 ”字样(灯 丝电阻不受温度影响)，R1＝10 Ω 当S、S1，闭合，且滑片P 在端时，灯泡L 正常发光；当S、S2闭合，且P 在滑动变阻器 中点处时，电流表示数为02 (1)求灯泡L 的电阻阻值． (2)求滑动变阻器Rx的最大值． (3)通过对S、S1、S2的控制和调节滑动变阻器，可使电路所消耗的总功率最小，请求出 电路总功率的最小值． 第 2 页 / 共 6 页 【答】(1) 5 Ω；(2) 40 Ω；(3) 072 【解析】(1)因为灯泡L 标有“6 V 72 ”字样，所以由P＝知道，灯泡L 的电阻阻值是： RL ＝＝＝5 Ω (2)由电路图可知，当S、S1 闭合，且滑片P 在端时，电路为灯泡L 的简单电路，且灯正常 发光，所以电源电压是：U＝U 额＝6 V； 当S、S2 闭合时，R1与Rx 串联，电流表测电路中的电流，当P 在滑动变阻器中点处时，由 串联电路特点和欧姆定律知道总电阻是：R1 ＋＝，即：10 Ω＋＝，所以滑动变阻器Rx的最 大值是：Rx ＝40 Ω (3)因为RL＜R1，所以当闭合S、S2，并且滑片在b 端时，R1与Rx 的最大阻值串联，电路的 总电阻最大，总功率最小，且电路总功率的最小值是：P 最小＝＝＝072 ． 培优·训练 1、如图甲所示，电源电压保持不变，定值电阻R1＝10 Ω，R2＝5 Ω 滑动变阻器R 的规格 为“30 Ω 25 ”．电流表 2选用0～3 的量程，电压表选用0～15 V 的量程．闭合全 部开关，电流表1的示数为1 ．求： (1)电源电压． (2)若将表盘如图乙所示的电流表 3接入电路，闭合全部开关，改变滑片位置，3的指针 恰好指在满偏的三分之二处，滑动变阻器接入电路的可能值． (3)用一个新的电源替代原来的电源，只闭合S，在保证电路安全的情况下，电源电压的 最大值． 甲 乙 第 3 页 / 共 6 页 2、如图所示的电路中，小灯泡上标有“6 V 36 ”字样，滑动变阻器R1的 最大电阻为40 Ω 当只闭合S、S2，滑动变阻器的滑片P 在中点时，小 灯泡正常发光；当所有开关都闭合，滑片滑到 端时， 1、 2的示数之比 是3∶1(灯的电阻保持不变)．求： (1)电源电压． (2)当只闭合S、S2，滑动变阻器的滑片P 在端时，小灯泡两端的实际电压． (3)小灯泡消耗的最小电功率(不能为0)． 3、如图所示的电路中，电源的电压为U 保持不变，闭合开关S 后，当滑 动变阻器的滑片P 位于某一位置时，电压表的示数为4 V；移动滑动 变阻器的滑片P 位于另一位置B 时，电流表的示数增大了02 ，电阻 R 的功率增大了2 ，求： (1)当滑动变阻器的滑片P 位于位置时，流过定值电阻R 的电流为多大？ (2)当滑动变阻器的滑片P 位于位置B 时，定值电阻R 的功率为多大？ (3)该定值电阻R 的阻值为多少？ 4、如图甲所示，电源电压保持不变，小灯泡上标有“8 V”字样，电流表的量程为0～12 ，如图乙是小灯泡的电流随电压变化的图像．滑动变阻器R1的最大阻值为20 Ω，定值 电阻R2的阻值为9 Ω，当闭合S 和S2、断开S1、滑动变阻器的滑片移到中点时，小灯 泡恰好正常发光．求： (1)电源电压是多少？ (2)闭合S 和S1、断开S2，为保证电流表的安全，滑动变阻器的取值范围为多少？ (3)闭合S 和S2、断开S1，当滑动变阻器的阻值调到175 Ω 时，这时小灯泡的功率为 32 ，此时电流表的读数为多少？ 第 4 页 / 共 6 页 甲 乙 5、家用电饭锅中自动开关一般由感温铁氧体组成，将电饭锅的自动开关S 按下，电饭锅 处于加热状态，当感温铁氧体温度达到103 ℃时失去磁性，被吸铁块由弹簧弹开，使 电饭锅进入保温状态．某家用电饭锅内部电路简化示意图如图甲，某次使用该电饭锅在 220 V 的电压下煮饭过程中，通过的电流随时间变化的图像如图乙． (1)当锅内温度为100 ℃时，自动开关S 与____ (选填“1”或“2”)连接，此时电饭锅处 于________ (选填“加热”或“保温”)状态． (2)该电饭锅此次工作30 m 消耗的电能为多少？ (3)电阻R1与R2的阻值之比为多少？ (4)若要使该电饭锅的加热功率提高到1 100 ，可以给电阻R1并联一个阻值为多大的电 阻R3? 甲 乙 6、如图是一个温度可调的育苗箱电路，电源电压为36 V，且 保持不变．发热电阻R1 的阻值为40 Ω，R2 为滑动变阻器， 其阻值变化范围为0～50 Ω，允许通过的电流足够大．试求： (1)R1的最大功率是多少？ (2)将滑片P 移到某一位置，R2两端电压为6 V 时，通电5 m，电流对整个电路做的功 是多少？ (3)在调节滑片P 的过程中，滑动变阻器R2能达到的最大功率是多少？ 第 5 页 / 共 6 页 第 6 页 / 共 6 页