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】阅读短文,回答问题
雨水探测器
雨水探测器是一种自动检测雨水的装置.
雨天乘车时我们会发现.有些汽车刮水器的刮动速度会随着雨的大小自动调节,雨停后,刮水器自动停止工作,主要原因就是在它的工作电路中安装有雨水探测器,雨水探测器的主要部件是探测金属网.
某同学将高为3h检测金属网竖立在容器中,设计如图乙所示电路探究“检测金属网在电路工作中作用”将ab接入图乙电路时电流表无示数,向容器中逐渐加入雨水,记录检测网浸入雨水中的深度与电流表的示数,实验数据记在下表中.
检测网浸入雨水中的深度H | h | 2h | 3h |
电流表的示数I/A | 0.16 | 0.25 | 0.32 |
(1)分析实验数据可知,雨水是(导体/绝缘体).
(2)根据影响导体电阻大小的因素可知,检测网接入电路的电阻变化是由导体的变化引起的.
(3)下列说法中不正确的是
A.电路工作时,a处电流与b处电流相等
B.检测网浸入雨水中越深,ab间电阻越大
C.检测网浸入雨水中越深,ab间电阻越小
D.检测网浸入雨水中越深,电阻R的功率越大
(4)利用表中数据在图丙坐标系中作出检测网浸入水中的深度与电流关系的图象.
(5)图丁是某同学设计的刮水器电路,经分析发现,在无雨水时,电动机不能转动,请在此电路中加装一个电学元件,在无雨水时控制电动机的转动与停止.