初中物理电学难题及解析

1．如图25所示电路，电源两端电压保持不变。当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器的滑片P移到A端时，R3的电功率为P3，电流表的示数为I1；当开关S1断开、S2闭合时，R3的电功率为P3’，电流表的示数为I2。已知P3:P3’=9:25，（1）求电流表的示数I1与I2的比值。（2）当开关S1、S2都断开，滑动变阻器的滑片P在中间某位置C时，变阻器接入电路的电阻为Rc，电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，已知U1:U2=3:2，Rc的电功率为10Ｗ，这时R3的电功率为P。通过闭合或断开开关及移动滑动变阻器的滑片，会形成不同的电路，电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3:1。求R3的电功率P。解:(1)当开关S1闭合、S2断开，变阻器的滑片移到B端时，等效电路如图甲所示；当开关S1断开、S2闭合时，等效电路如图乙所示。25932232133RIRIPP5321II（2）当开关S1、S2都断开，变阻器的滑片在C点时，等效电路如图丙所示。∵2321UU∴23113CRRRR∴3R1+3RC=2R３+2R12R３=R1+3RC…………………………①电源两端电压一定，在甲、乙电路中，根据U=IRI1（R３+RB）=I2（R３+R1）3RB=2R３+5R1…………………………②电路消耗功率最大应为开关S1、S2都闭合，只有R3接入。消耗功率最小应为R3、R1、滑动变阻器RB全部串联接入电路。∵电路总电压U一定∴最小最大PP＝BRRRURU13232＝13313RRRRB2R3=R1+RB…………………….……③根据①②③式，可得：R3＝2RC在丙电路中，电流一定，123CCRRPPP=2PC=2×10Ｗ=20Ｗ1分1分1分1分1分1分1分用其它方法解题，过程结论正确给分。2.如图19所示电路电源两端电压恒定，定值电阻R1＝15，忽略灯丝电阻值RL随温度的变化。只断开开关S3时，电流表的示数为I；只闭合开关S2时，电压表示数为U1，电流表的示数为I1＝0.4A；只断开开关S1，并把电阻箱R2接入电路的电阻值调整为原来的一半时，电压表的示数为U2，电流表的示数为I2。若U1∶U2＝7∶10，I∶I2＝2∶1。求：（1）灯泡L的电阻；（2）在上面的三个电路状态中，电路消耗的最大电功率。图19解：只断开关S3，电流表的示数为I，等效电路如图7甲所示；只闭合开关S2，电流表的示数为I1，等效电路如图7乙所示；只断开开关S1，电阻箱接入电路的电阻为原来的一半，等效电路如图7丙所示甲乙丙∵21UU=107即UU1=107∴图乙中UUL=103；LRRR21=37……①………1分又∵2II=12∴LRRR2121=12……②则②①得：212121RRRR=67；则22211515RR=67；R2=6Ω…………1分将R2=6Ω代入①式得：RL=9Ω…………2分由图乙：U＝I(R1＋R2＋RL)＝0.4A×(15＋6＋9)＝12V………1分（2）根据P=RU2电路中总电压不变，当电路中电阻最小时，电功率最大由甲、乙、两三图分析，图甲电功率最大P=RU2=9122V）（=16W…2分UR1R2UIU1R1R2UI2RLI1RL注：三个电路全对给1分R1R2S1S2P图193．某校的同学们在研究电路消耗的电功率与电阻的关系时设计了如图19所示的电路，滑动变阻器的最大阻值为R３。当滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S1，滑动变阻器的功率为P3，电压表的示数为U1，电路中的电流为I1；当滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S2时，滑动变阻器的功率为P3′，电压表的示数为U2，电路中的电流为I2，此时电路的总电功率为4W。已知8321UU，4933PP，电路中电源两端电压保持不变。（6分）（1）求I1与I2之比（2）请你计算出电阻R1与电阻R2的比值。（3）请你回答：如何通过开关的断开与闭合以及滑动变阻器滑片位置的改变，使整个电路消耗的总电功率最大；并请你计算出这个总电功率。解：（1）滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S1；等效电路如图（甲）所示（2）滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S2；等效电路如图（乙）所示（3）滑动变阻器的滑片P置于最右端时，开关S1、S2都闭合；等效电路如图（丙）所示，电路消耗的电功率达到最大值P。-----------------------------------------------（三个电路图正确1分）由图甲、图乙得：∵323233RIRIPP=49∴II=23----------------------1分∵2121RIIRUU=83∴21RR=41----------------------1分U一定：II=23=3132RRRRR３=2R2－3R1∴R=5R1----------------------------------------------------------1分由图（乙）（丙）U一定：P=P1+P2=总总PRRR232132PRRR=总总P499P=45W-----2分图25R1R2S1LS2VV1V2V4．如图25所示电路，设电源电压不变，灯丝电阻不随温度变化。当只闭合开关S1时，电流表的示数是I1。当只闭合开关S2时，电流表的示数是I2。当断开S1、S2时，电流表的示数是I3，电压表V1、V2示数之比为2:1，此时RL消耗的电功率为0.24W；当开关S1、S2闭合时，灯L正常发光，电流表的示数为I4。已知I1:I2=2:1，求：(1)电阻R1与R2之比；(2)电流I3与I4之比；(3)灯L的额定功率。38解：S1闭合，电路如图①，S2闭合，电路如图②，S1、S2断开，电路如图③，S1、S2闭合，电路如图④，（1）由图①、②、③，有12221RRIIL1212121RRRRUUL∴1321RR（2）由图③④得：111611/62243RRRRII串并（3）31L串RRUUL9122UUppLL额Wpp16.29L额说明：其它方法正确给分。I1图①（甲）R2I2图②（甲）I3R1PL=0.24WRL图③（甲）U2U1R2I4RL图④（甲）R1R25、现有一阻值不变的纯电阻元件R0，标有“6V1.8W”字样，由于电路元件R0的实际电阻值与其标准值之间可能存在差异，所以导致所标的额定功率值有可能不准。如果电路元件实际电阻值与其标准电阻值之间的差异超过1.5欧，则该电路元件将不能使用，检测人员为检测该电路元件是否合乎标准，设计了如图所示的检测电路，已知电路中电流表的量程为0－0.6A，电压表的量程为0－3V，滑动变阻器标有“20Ω1A”的字样；（1）请根据电路元件上所标的额定电压和额定功率，算出电路元件的标准电阻值；（2）若电路元件的额定功率刚好是1.8W，则电路中允许通过的最大电流是多大？电源电压不能超过多少伏？（3）某次元件检测时，检测人员闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.22A时，电压表的示数为2.42V；当电流表的示数为0.25A时，电压表的示数为1.85V，请通过计算判断所检测的电路元件是否可以使用？实际检测时，滑动变阻器的滑片是否能滑至最左端？说出理由。解：（1）由P额=U额2/R0得R0=U额2/P额=(6V)2/1.8W=20Ω(2)电路元件的额定电流：I额=P额/U额=1.8W/6V=0.3A与电流表允许通过的最大电流相比较，可确定电路中允许通过的最大电流是0.3A为保证定值电阻不被损坏，其两端电压最大为其额定电压（即U0m=6V)滑动变阻器两端电压最大为3V(电压表的量程为0~3V,即URm=3V)电源电压的最大值：Um=U0m+URm=6V+3V=9V(3)在实际检测时电源电压不变，由串联电路的电压特点和题意，可列出方程组：U=2.42+0.22R0′①U=1.85+0.25R0′②联立①、②解得R0′=19Ω，U=6.6V.因为20Ω－19Ω=1Ω1.5Ω，所以检测的电路元件可以使用。若滑动变阻器的滑片滑至最左端，元件R0两端电压等于电源电压6.6V，超过其额定电压，会损坏电路元件，故不能。6、热熔胶是生产中常用的粘合剂，它在常温下是固体，熔化后再冷却就能将物体牢牢地粘合在—起。图21甲是热熔胶枪(简称“胶枪”)的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件，电路如图21乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图21丙所示。胶枪扳机松开时，开关Sl断开，开关S2的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度(170℃~210℃)。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：固体胶条向前挤压，开关S1闭合，开关S2的触片与a触点接通，枪口冒出温度为170℃～210℃的胶液。在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。接通电源120s后，问：（1）胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多大?（2）假设胶枪在温度为170℃的条件下工作200s，它产生热量的80％被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量?（3）胶枪正常工作时的最小电流是多少?解：（1）胶枪预热时，R1和R2串联，当电阻最小时（即R1=R2=1000Ω），胶枪消耗的功率最大，此时电路的总电阻R=R1+R2=1000Ω+1000Ω=2000Ω.最大功率P=UI=U2/R=(220V)2/2000Ω=24.2W(2)胶枪正常工作时，R1和R2并联，由图丙可知，当温度为170℃，R1=R2=1600Ω，此时电路的总电阻R′=R1R2/（R1+R2）=R1/2=800Ω使用200s，胶枪消耗的电能W=U2t/R′=(220V)2×200s/800Ω=12100J胶条吸收的热量Q=Wη=12100J×80%=9680J(3)胶枪正常工作时，R1和R2并联，当电阻最大时（即R1=R2=2200Ω），电流最小，此时电路的总电阻R′′=R1/2=1100Ω最小电流I=U/R′′=220V/1100Ω=0.2A7、小明发现自己家汽车照明大灯的灯泡内有两根灯丝，一根是功率较小的近光灯丝(主要用于照亮前方较近的路面)，另一根是功率稍大的远光灯丝(主要用于照亮前方较远的路面)。当控制手柄拨到“近光”位置时，近光灯丝正常发光；当控制手柄拔到“远光”位置时，近光灯丝和远光灯丝同时正常发光。该灯泡上标有“l2V60W／54W”的字样，通过计算回答：(1)当控制手柄拨到“近光”位置时，通过近光灯丝的电流多大?(2)近光灯丝正常发光时的电阻多大?(3)小明爸爸驾车在郊区道路上行驶，将控制手柄拨到并保持在“远光”位置5分钟，这段时间内一个照明大灯消耗的电能是多少焦?(4)说明这种灯泡内两根灯丝在电路中的连接方式，并简述理由。解：(1)当控制手柄拨到“近光”位置时，只有近光灯丝工作，且P近=54W由公式P=UI得：通过近光灯丝的电流(2)由公式得I=RU得：近光灯丝正常发光时的电阻R近=7.2A5.4V12近IU(3)当控制手柄拔到“远光”位置时，近光灯丝和远光灯丝同时正常发光.总功率：P=P远+P近=60W+54W=114W；t=5min=300s.由公式P=错误!未找到引用源。得：这段时间内一个照明大灯消耗的电能W=Pt=114W×300s=34200J(4)这种灯泡内两根灯丝是并联的。因为近光灯丝既可以单独正常发光，也可以和远光灯丝同时正常发光，所以它们是并联的。8、如图甲是一种“闯红灯违法证据模拟记录器”的工作原理图，当光控开关接收到红光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化(变化规律如图乙所示)引起电流大于或等于0.06A时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机工作拍摄违规车辆。光控开关未受到红光照射自动断开，衔铁没有被吸引，工作电路中的指示灯发光。已知控制电路电压为6V。(g取10N／kg)求：(1)一辆质量为400kg的车闯红灯时，控制电路中的电流恰好是0