专题六 论述计算题(二)
阅读: 123 时间: 2022-11-10 10:26:04 0

专题六 论述计算题(二)

【类型1】简单电路类


1. 如图所示的电路中,电源电压恒定,定值电阻R010 Ω,小灯泡L上标有“6  V 3 W”字样.闭合开关S,小灯泡正常发光,设灯丝电阻不变.求:



1题图

(1)小灯泡的电阻;

(2)电路中的总电流.

2. (2019北京)如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,电阻丝R1的阻值为10 Ω.当开关S闭合后,电压表的示数为2 V,电流表的示数为0.4 A.求:

(1)通电10 s电阻丝R1产生的热量;

(2)电源两端的电压.



2题图

3. (2019徐州) 定值电阻R1两端加4.5 V电压时,通过的电流为0.45 A.如图所示电路,电源电压不变,R1和定值电阻R0并联,电流表示数为0.50 A;用阻值为30 Ω的电阻R2替换R1,电流表示数变为0.30 A.求:

(1)R1的阻值;

(2)电源电压.



3题图

4. (2019新疆)如图所示电路中, 电阻R1的阻值为2 Ω,当开关闭合后,电压表的示数为1 V的示数为2 V.求:

(1)电源两端的电压;

(2)通过R1的电流和R2的阻值;

(3)R21 min内产生的热量.



4题图

【类型2】家用电器类


1. (2019枣庄)如图所示是某款电养生壶及其铭牌的部分参数,当养生壶正常工作时,求:

(1)养生壶正常工作的电阻.

(2)若该养生壶的加热效率为80%,在标准大气压下,将初温是12 ℃的一壶水烧开,需要多长时间.[c4.2×103 J/(kg·℃)ρ1.0×103 kg/m3]

(3)在物理综合实践活动中,小明和小丽同学利用所学习的物理知识,合作测量养生壶的实际功率.电能表上标着“1 200 r/(kW·h)”,他们把家中的其他用电器都与电源断开,仅让养生壶接入电路中烧水,2 min电能表的转盘转了40 r.求电养生壶的实际功率.



1题图

额定电压

220 V

频率

50 Hz

额定功率

1 100 W

容量

1 L

2. 小军家里有一款高、低温两挡电烤炉,他查看使用说明书,收集到如下的一些信息:额定电压220 V,低温挡电功率880 W,高温挡电功率1 980 W,电路原理图如图所示,R1R2代表两根电热丝,S2为温控开关.求:

(1)温控开关S2断开后,电烤炉工作15 min消耗的电能;

(2)电热丝R2的阻值;

(3)若电阻丝R2烧断,请通过计算说明能否用两根“220 V 550 W”的电热丝代替R2,让电烤炉恢复正常工作.



2题图

3. 如图甲所示是电热调奶器.它有高、低两个挡,其额定电压为220 V,低温挡和高温挡的功率分别是22 W44 W,其内部电路如图乙所示,请你根据所学知识计算下列问题.



3题图

(1)开关如何连接时是低温挡,正常电压下低温挡加热的电流多大?

(2)R2的阻值是多少?

(3)如果在额定电压下,高温挡加热5分钟,则在此过程中电路共消耗多少电能?

4. (2019盐城)新型电饭锅在煮饭时采用高温低温两种方式交替加热,其内部电路如图所示,R1R2均为电热丝,S1是温度自动控制开关.高、低温挡的额定功率见下表.煮饭时,闭合开关S,电饭锅正常工作30 min消耗的电能为0.44 kW·h.求:

额定电压

220 V

额定功率

低温挡

440 W

高温挡

1 100 W

 

4题图

(1)煮饭时通过R1的电流;

(2)电热丝R2的电阻;

(3)30 minR2消耗的电能.

5. 春节期间,妈妈用家里的电压力锅炖出了香喷喷的排骨.小明找出它的说明书,其部分铭牌信息如表格所示,图甲为电压力锅的工作电路,R1R2均为电热丝,当开关S分别接ab触点时,电压力锅的挡位不同. 求:



5题图甲

型号

Xxx

额定电压

220 V

额定加热功率

1 100 W

额定保温功率

100 W

(1)电压力锅的额定加热电流;

(2)R1R2的阻值各为多少欧?

(3)在用电高峰期,小明关闭家中其它用电器,只让电压力锅通电,使其处于加热状态1.2 min,电能表(如图乙所示)的圆盘转了60转,则电压力锅加热的实际电功率为多少瓦?



5题图乙

6. (2019威海)火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式.如图为小明家使用的一款电火锅工作电路的原理图.它有高、中、低三个加热挡位,旋钮开关可以分别置于“01”“12”“23”“34”接线柱.正常工作时,低温挡功率为高温挡功率的R1242 ΩR260.5 Ω.(忽略温度对电阻的影响)

(1)请指出开关置于什么接线柱时,火锅处于低温挡?

(2)R3的阻值是多少欧姆?电火锅处于低温挡正常工作时,在1分钟内产生的热量是多少焦耳?

(3)小明关闭家中的其他用电器,只让电火锅独立工作,用高温挡加热汤液2分钟,电能表的表盘转了81转,请通过计算判断此时电火锅是否正常工作?[电能表的铭牌上标有3 000 r/(kW·h)]



6题图

7. 如图是某款电热水器的工作原理图及其铭牌的部分参数,有低温中温高温三挡,其中R1>R2,试求:



7题图

xx牌的电热水器

220 V

额定

功率

低温挡

550 W

中温挡

1 100 W

高温挡

(1)电热水器处于低温挡正常工作时的电阻;

(2)电热水器处于高温挡正常工作时的电功率;

(3)若用该电热水器的中温挡烧水,电热水器产生热量的90%被水吸收,要烧开0.5 kg20 ℃的水需要多长时间?[已知水的比热容c4.2×103 J/(kg·℃)]

【类型3动态电路类


考向1 多开关引起的动态电路(A卷:2016.18B卷:2014.192013.19)

1. (2019广东省卷)如图所示,电源的电压恒定,R1R2为定值电阻,R2的阻值为60 Ω.只闭合开关S0时,电流表的示数为0.2 A,再闭合开关S1时,电流表的示数为0.6 A.求:

(1)电源的电压;

(2)电阻R1的阻值;

(3)开关S0S1均闭合后,通电10 s电路消耗的总电能.



1题图

2. 如图所示,灯L标有“6 V 3 W”字样,定值电阻R6 Ω,设灯L的阻值不随温度变化而变化. 只闭合S1时,灯正常发光,求:

(1)L正常发光时的电阻;电源电压;

(2)闭合S1S3时,电路在1 min内消耗的电能;

(3)要使整个电路消耗的电功率最小(且电路电流不为0),各开关的合闭情况应如何?此时的最小电功率为多少?



2题图

考向2 滑动变阻器引起的动态电路(A卷:2016.18B卷:2014.192013.19)

3. (2019上海)如图所示的电路中,电源电压为12伏且保持不变,电阻R1的阻值为10欧,滑动变阻器R2上标有“1 A”字样.开关S闭合后,电压表的示数为5伏.求:

(1)通过电阻R1的电流I1

(2)电路正常工作10秒后,电流通过电阻R1做的功W1

(3)移动滑动变阻器的滑片P,电源电压和电压表示数的比值最大为3,求电压表示数的最大值和最小值的差值.



3题图

4. (2019南充)如图,电源电压不变,定值电阻R16 Ω,电流表的量程为00.6 A,电压表的量程为03 V,滑动变阻器R2的规格为“40 Ω 1 A”,闭合开关后,当滑片P置于M点时,电流表示数为0.3 A,当滑片P置于N点时,电流表示数变化了0.1 A,且滑动变阻器连入电路中的阻值.

(1)求定值电阻R1前后两次电功率之比;

(2)求电源电压;

(3)在不损坏元件的情况下,求出滑动变阻器的取值范围.



4题图

考向3 多开关+滑动变阻器引起的动态电路(A卷:2015.202014.19B卷:2015.20)

5. (2019梧州)如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L上标有“9 V 3 W”字样,滑动变阻器R2上标有“50 Ω 1 A”字样,电压表的量程选用“03 V”.闭合开关SS1,断开S2,滑片P移到B端,小灯泡刚好正常发光.(假设小灯泡的电阻保持不变)问:

(1)小灯泡正常发光时的电流是多少?

(2)保持变阻器滑片PB端不变,当SS1S2都闭合时,电流表的示数变化了0.3 A,则R1的阻值是多少?

(3)在保证电路安全的前提下,调整变阻器滑片P的位置和选择各开关状态,使整个电路的电功率最小,其值是多少?此时滑动变阻器R2接入电路的阻值是多少?



5题图

6. (2019潍坊)在如图所示电路中,小灯泡R1标有“4 V 1.6 W”字样,定值电阻R220 Ω,滑动变阻器R3允许通过的最大电流为1 A,电流表的量程为00.6 A,电流表的量程为03 A,电压表的量程为03 V,电源电压和小灯泡的阻值均保持不变.只闭合开关S2时,电压表的示数为2 V;将滑动变阻器滑片滑到最左端,闭合所有开关,此时电流表

示数为0.5 A.求:

(1)电源电压;

(2)滑动变阻器R3的最大阻值;

(3)只闭合开关S3,在电路安全的情况下,小灯泡电功率的变化范围.



6题图

【类型4力电综合计算


1. 同学们研制了一种测量手压力大小的电子秤,其测力部分的原理如图甲所示,它主要由手压板、杠杆OAB,压力传感器R和显示压力大小的仪器 (实质是电流表)构成,其中OAOB 1∶2,压力传感器 R的电阻与它所受的压力F的关系如图乙所示.接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V.手压板和杠杆的质量不计.求:

(1)若压力传感器R表面能承受的最大压强为4×106 Pa,压力杆与压力传感器之间的接触面积是3 cm2,则压力传感器R表面能承受的最大压力为多少?

(2)若某同学对手压板的压力为 400 N 时,压力传感器受到的压力是多少? 此时电流表的示数为多少?

(3)该电子秤电流表的示数变化范围是多少?



1题图


2. (2019贵州三州联考)某同学设计了一个利用如图甲所示的电路来测量海水的深度,其中R12 Ω是一个定值电阻,R2是一个压敏电阻,它的阻值随所受液体压力F的变化关系如图乙所示,电源电压保持6 V不变,将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中,放入海水中保持受力面水平,且只有一个面积为0.02 m2的面承受海水压力.(设海水的密度ρ海水1.0×103 kg/m3g10 N/kg)

(1)当电流表示数为0.2 A时,求压敏电阻R2的阻值;

(2)如图乙所示,当压敏电阻R2的阻值为20 Ω时,求此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强;

(3)若电流的最大测量值为0.6 A,则使用此方法能测出海水的最大深度是多少?



 

2题图


【参考答案


类型1 简单电路类

1. (1)12 Ω (2)1.1 A

2. (1)QI2R1t(0.4 A)2×10 Ω×10 s16 J

(2)UU1U24 V2 V6 V

3. (1)R110 Ω

(2)并联电路中干路电流等于各支路电流之和,即II1I0

I,代入得0.5 A ①

当用30 Ω的电阻R2替换R1,电流表的示数变为

I0.3 A

I,代入得0.3 A ②

联立①②解得U3 V

4. (1)3 V (2)0.5 A 4 Ω (3)60 J

类型2 家用电器类

1. (1)由表格中的数据可知:电养生壶的额定电压为220 V,额定功率为1 100 W

根据P可得R44 Ω

(2)水的质量mρV1.0×103 kg/m3×0.001 m31 kg

水吸收热量Qcm(t2t1)4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃12 ℃)3.696×105 J

η×100%×100%

t420 s

(3)电能表转40 r消耗的电能W kW·h1.2×105 J

时间t2 min120 s

实际功率:P1 000 W

2. (1)由电路图可知,开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的简单电路,电路中的总电阻最大(大于并联时的总电阻),根据PUI可知,电路中的总功率最小,电烤炉处于低温挡,由P可得,在低温挡正常工作15 min消耗的电能:

WP低温t880 W×15×60 s7.92×105 J

(2)由电路图可知,开关S1S2都闭合时,R1R2并联,电路中的总电阻最小,电路的总功率最大,电烤炉处于高温挡,因电路中总功率等于各用电器功率之和,所以,R2的电功率:

P2P高温P低温1 980 W880 W1 100 W

因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,R2的阻值:

R244  Ω

(3)一根“220 V 550 W”电热丝的电阻:

R88  Ω

因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,所以,两根“220 V 550 W”电热丝并联时的总电阻:

R44 Ω

RR2,所以,用两根“220 V 550 W”的相同电热丝替代R2,能使电烤炉恢复正常工作.

3. (1)由图可知,当开关S1闭合、S2断开时,R1R2串联,电路中总电阻最大,由P可知,此时总功率最小,则调奶器处于低温挡,由PUI可得,低温挡加热的电流:I0.1 A

(2)当开关S1S2都闭合时,R2短路,电路为R1的简单电路,调奶器处于高温挡,由P可得,R1的阻值:

R11 100 Ω

当开关S1闭合、S2断开时,R1R2串联,调奶器处于低温挡,则电路中的总电阻:

R2 200 Ω

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R2的阻值:

R2RR12 200 Ω1 100 Ω1 100 Ω

(3)P可得,高温挡加热5 min消耗的电能:

WPt44 W×5×60 s1.32×104 J

4. (1)SS1都闭合时是高温挡,当只有S闭合时是低温挡,煮饭时通过R1的电流I12 A

(2)电饭锅在高温挡正常工作时,R2的功率为

P2PP11 100 W440 W660 W

通过R2的电流I23 A

R2的电阻为R2≈73.3 Ω

(3)因为电饭锅交替加热,R1始终工作,R1正常工作30 min 消耗的电能为

W1Pt0.44 kW×0.5 h0.22 kW·h

30 minR2消耗的电能为:

W2WW10.44 kW·h0.22 kW·h0.22 kW·h

5. (1)由表中数据知,电压力锅的额定加热功率

P加热1 100 W,由PUI可得,额定加热电流:

I加热5 A

(2)由电路图知,Sb时只有R2接入电路中,电路中电阻较小,电源电压一定,由P可知,此时电路的功率较大,为加热状态; Sa时两电阻串联,电路中电阻较大,功率较小,为保温状态.

由欧姆定律可得R2的阻值:R244 Ω

保温状态下,由串联电路的特点和P

可得总电阻:R484 Ω

R1RR2484 Ω44 Ω440 Ω

(3)由图乙可知,电能表上标有3 000 r/(kW·h),表示每消耗1 kW·h的电能,电能表的表盘就转过3 000 r,则表盘转过60转时,电压力锅消耗的电能:

W kW·h×60 kW·h

此时电压力锅加热的实际电功率:P1 kW1 000 W

6. 解:(1)当旋钮开关置于12接线柱时,火锅处于低温挡;

(2)当旋钮开关置于34接线柱时,电阻R1R2并联,此时电路电阻最小,根据公式P 可知,此时电路功率最大,处于高温挡.

R1R2的功率分别为P1200 W

P2 800 W

此时高温挡的功率为P高温 P1 P2200 W800 W1 000 W

所以P低温 P高温×1 000 W200 W,低温挡时R3R2串联,电路中的总电阻为R242 Ω

所以R3RR2242 Ω60.5 Ω181.5 Ω

低温挡1 min产生的热量等于低温挡工作1 min时电流做的功,故QWPt200 W×60 s12 000 J

(3)高温挡加热2 min电火锅实际消耗的电能为W0.027 kW·ht2 min h

此时电火锅处于高温挡的实际功率为P0.81 kW810 W1 000 W,故此时电火锅不是正常工作.

7. (1)闭合SS1低温挡,R1单独接入电路,

P可得,低温挡正常工作时的电阻:

R188 Ω

(2)闭合SS1低温挡,R1单独接入电路,闭合SS2中温挡,R2单独工作,高温挡为SS1S2同时闭合,R1R2并联,

则电热水器处于高温挡正常工作时的电功率:

P高温P低温P中温550 W1 100 W1 650 W

(3)水吸收的热量:

Qcm(tt0)4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(100 ℃20 ℃)1.68×105 J

η×100%可得,消耗的电能:

W×105 J

P可得,用中温挡烧开水所用的时间:

t≈169.7 s

类型3  动态电路类

1. (1)只闭合S0时,电路只有R2接入电路

根据欧姆定律I

U2I2R20.2 A×60 Ω12 V

电源电压UU212 V

(2)闭合S0S1时,R1R2并联接入电路

根据并联电路电流规律II1I2

I1II20.6 A0.2 A0.4 A

根据并联电路电压规律得U1U12 V

根据欧姆定律I

R130 Ω

(3)开关S0S1均闭合后,通电10 s电路消耗的总电能WUIt12 V×0.6 A×10 s72 J

2. (1)只闭合S1只有灯L接入电路,灯L正常发光,U电源UL6 V

L正常发光时的电阻:RL12 Ω

(2)开关S1S3闭合,灯LR并联

UULUR6 VPL3 W

电阻R的功率:PR6 W

总功率为PPLPR3 W6 W9 W

电路在1 min内消耗的电能:

WPt9 W×60 s540 J

(3)根据P知,R最大时,P最小,故只闭合开关S2时,灯LR串联

电路的总电阻为:RRLR12 Ω6 Ω18 Ω

此时的最小电功率:Pmin2 W

3. (1)I10.5 A

(2)W1U1I1t5 V×0.5 A×10 s25 J

(3)根据题意,电压表示数最小值为U1min4 V

电压表示数最大的时候,电路电流为滑动变阻器的最大允许电流Imax1 A,这时候电压表的示数等于U1maxR1Imax10 Ω×1 A10 V

所以ΔU1U1maxU1min10 V4 V6 V

4. (1)定值电阻R1前后两次电功率之比为:

(2)当滑片PM点时,由欧姆定律得:0.3 A……①

当滑片PN点时,由欧姆定律得:0.3 A0.1 A0.2 A……②

由于……③

联立①②③得:RM6 ΩRN12 ΩU3.6 V

(3)当电流表的示数为0.6 A时,滑动变阻器连入电路的电阻最小,由欧姆定律得:0.6 A

U3.6 VR16 Ω代入上式中,解得:R滑最小0 Ω

当电压表的示数为3 V时,滑动变阻器连入电路的电阻最大,由欧姆定律得:

U3.6 VR16 Ω代入上式中,解得:R滑最大30 Ω

滑动变阻器的取值范围为:0 Ω30 Ω

5. 解:(1)根据PUI得小灯泡正常工作时的电流:

IL A

(2)闭合SS1,断开S2,滑动变阻器滑片P移到B端,则电路为只有小灯泡L的简单电路,此时小灯泡正常发光,则UU9 V

同时闭合SS1S2,变阻器滑片PB端不变,此时R1、小灯泡L组成并联电路,

由题意知,电流表的示数变化了0.3 A,由并联电路电流规律可知,通过R1支路的电流I10.3 A

R1的阻值:R130 Ω

(3)要使电路中功率最小,根据P知道,当电路中总电阻最大时,总功率最小

小灯泡的电阻RL27 Ω,由于RLR1,经分析,只有当闭合开关SS2,断开S1时,电路总电阻最大,为了保证电路安全,考虑到电压表量程,则由串联电路电压规律可知,当滑动变阻器两端电压取U23 V时,滑动变阻器接入电路中的阻值最大

此时电阻R1两端的电压U1UU29 V3 V6 V

此时串联电路中的电流I0.2 A

则此时滑动变阻器接入电路中的阻值R215 Ω

电路中的最小功率:P最小UI9 V×0.2 A1.8 W

6. (1)P得灯泡电阻R110 Ω

只闭合S2R1R2串联,电压表测量R1两端电压,此时电路中电流II2I10.2 A

电源电压UIRI(R1R2)0.2 A×(10 Ω20 Ω)6 V

(2)闭合所有开关,R2R3并联,小灯泡被短路,电流表测量干路电流,此时流经R2的电流I20.3 A

流经R3的电流I3II20.5 A0.3 A0.2 A

滑动变阻器的最大阻值R330 Ω

(3)只闭合开关S3R1R3串联,电压表测量R1两端电压,经分析可知,为确保电路元件安全,小灯泡两端最大电压U13 V

小灯泡R1消耗的最大电功率P10.9 W

当滑动变阻器滑到最大阻值处时,电路中电流最小,灯泡R1消耗的电功率最小

最小电流I10.15 A

小灯泡的最小电功率P1(I1)2R1(0.15 A)2×10 Ω0.225 W

综上可知,小灯泡R1消耗电功率的变化范围是0.225 W0.9 W

类型4 力电综合计算

1. (1)压力传感器R承受的最大压力为

FmaxpmaxS4×106 Pa×3×104 m21 200 N

(2)根据杠杆平衡条件得:FA×OAFB×OB

则压力传感器所受的压力FA400 N×2800 N

由图像知压力为800 N时,对应的压力传感器R的阻值为200 Ω

I0.024 A

(3)由图像知:空载时压力传感器的阻值最大Rmax400 Ω,则Imin0.012 A

传感器承受1 200 N的最大压力时,对应的压力传感器R的阻值最小Rmin100 Ω

Imax0.048 A

所以电流表的示数变化范围是0.012 A0.048 A

2. (1)当电流表示数为0.2 A时,总电阻为:

R30 Ω

压敏电阻R2的阻值为:R2RR130 Ω2 Ω28 Ω

(2)根据图像乙可知:当压敏电阻R2的阻值为20 Ω时,压敏电阻受到海水的压力为4×104 N,则压敏电阻R2受到海水的压强为:p2×106 Pa

(3)当电流表示数达到最大值0.6 A时,电路的总电阻为:R10 Ω

此时压敏电阻R2的阻值为:R2RR110 Ω2 Ω8 Ω

根据图像乙可知:当压敏电阻R2的阻值为8 Ω时,压敏电阻受到海水的压力为10×104 N

则压敏电阻受到海水的压强为:pmax5×106 Pa

则使用此方法能测量出海水的最大深度是:hmax500

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