题目内容
【题目】在如图甲所示的电路中,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,电源电压不变,闭合开关S后,调节滑片P从a端移动到b端过程中,电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图乙所示.
求:
(1)电路中电流最小时,1min内电流通过电阻R做的功;
(2)电源电压和定值电阻R0;
(3)若电压表量程为0~15V,电流表量程为0~3A,为保证电表正常工作,定值电阻R0消耗的功率范围.
【答案】
(1)
解:由电路图可知,R与R0串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流.由图乙可知,电路中的最小电流I小=0.2A,R两端的电压UR=20V,
1min内电流通过电阻R做的功:
WR=URI小t=20V×0.2A×60s=240J
答:电路中电流最小时,1min内电流通过电阻R做的功为240J;
(2)
解:当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路中的电流最小,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,电源的电压:
U=I小R0+UR=0.2A×R0+20V,
当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时,电路中的电流最大,
由图象可知,电路中的最大电流I大=1.2A,
则电源的电压:
U=I大R0=1.2A×R0,
因电源的电压不变,
所以,0.2A×R0+20V=1.2A×R0,
解得:R0=20Ω,
电源的电压U=I大R0=1.2A×24Ω=24V
答:电源电压为24V,定值电阻R0为20Ω;
(3)
解:当电路中的电流最大时定值电阻R0消耗的功率最大,则R0消耗的最大功率:
P0大=(I大)2R0=(1.2A)2×20Ω=28.8W,
当电压表的示数最大时电路中的电流最小,R0消耗的电功率最小,
此时R0两端的电压:
U0小=U﹣UR大=24V﹣15V=9V,
R0消耗的最小功率:
P0小= = =4.05W,
定值电阻R0消耗的功率范围为4.05W~28.8W
答:定值电阻R0消耗的功率范围为4.05W~28.8W.
【解析】由电路图可知,R与R0串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流.(1)由图乙可知,电路中的最小电流和R两端的电压,根据W=UIt求出1min内电流通过电阻R做的功;(2)当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路中的电流最小,根据串联电路的电压特点和欧姆定律表示出电源的电压;当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时,电路中的电流最大,根据图象读出电路中的电流,根据欧姆定律表示出电源的电压,利用电源的电压不变得出等式即可求出R0的阻值,进一步求出电源的电压;(3)当电路中的电流最大时定值电阻R0消耗的功率最大,根据P=I2R求出R0消耗的最大功率,当电压表的示数最大时电路中的电流最小,R0消耗的电功率最小,根据串联电路的电压特点求出R0两端的电压,根据P= 求出R0消耗的最小功率,然后求出定值电阻R0消耗的功率范围.本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、电功公式的应用,关键是从图象中读出有用的信息.
【考点精析】掌握欧姆定律及其应用和电功的计算是解答本题的根本,需要知道欧姆定律的应用: ① 同一个电阻,阻值不变,与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时,通过的电流也增大.(R=U/I) ② 当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R) ③ 当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR);电功计算公式:W=UIt(式中单位W→焦(J);U→伏(V);I→安(A);t→秒).
【题目】如图所示,小明同学在“测未知电阻Rx”的实验中.
(1)连接电路时,开关应 .请用笔画线代替导线,根据图甲将图乙所示的实物电路连接完整 .
(2)闭合开关前,图乙中滑动变阻器的滑片P应位于 (填“A”或“B”)端.
(3)闭合开关后,发现电流表指针几乎不动,电压表示数约为电源电压,故障的原因是 (选填“Rx短路”或“Rx断路”).
(4)排除故障后,小明通过实验得到数据如下表所示,其中第1次实验的电流表示数如图丙所示,为 A,则所测电阻Rx的值是 Ω.
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
电阻R/Ω | |||
电压U/V | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
电流I/A | 0.15 | 0.20 |
(5)若在实验中,电压表不能使用,滑动变阻器最大阻值为R0 , 当滑片置于最左端时,电流表示数为I1 , 滑片P置于最右端时,电流表示数为I2 , 则未知电阻的表达式:Rx= .