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R0=10 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:
第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.
第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.
第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)R2在1 min内产生的热量.
第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.[c水=4.2×103 J/(kg·℃),ρ水=1.0×103 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.
第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,R1、R2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.
第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 W和44 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.
第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”和“低温”两种方式交替加热,其内部电路如图所示,R1和R2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 |
第4题图
(1)煮饭时通过R1的电流;
(2)电热丝R2的电阻;
(3)30 min内R2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,R1、R2均为电热丝,当开关S分别接a、b触点时,电压力锅的挡位不同. 求:
第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)R1和R2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?
第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“0和1”、“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱.正常工作时,低温挡功率为高温挡功率的,R1为242 Ω,R2为60.5 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)]
第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:
第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 kg、20 ℃的水需要多长时间?[已知水的比热容c=4.2×103 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:2016.18;B卷:2014.19,2013.19)
1. (2019广东省卷)如图所示,电源的电压恒定,R1、R2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S0、S1均闭合后,通电10 s电路消耗的总电能.
第1题图
2. 如图所示,灯L标有“6 V 3 W”字样,定值电阻R=6 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)灯L正常发光时的电阻;电源电压;
(2)闭合S1、S3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?
第2题图
考向2 滑动变阻器引起的动态电路(A卷:2016.18;B卷:2014.19,2013.19)
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.
第3题图
4. (2019南充)如图,电源电压不变,定值电阻R1=6 Ω,电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~3 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.
第4题图
考向3 多开关+滑动变阻器引起的动态电路(A卷:2015.20,2014.19;B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“0~3 V”.闭合开关S和S1,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P在B端不变,当S、S1、S2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?
第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R2=20 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0~0.6 A,电流表
的量程为0~3 A,电压表的量程为0~3 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.
第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OA∶OB= 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?
第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R1=2 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/m3,g取10 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?
甲
乙
第2题图
【参考答案】
1. 解:(1)12 Ω (2)1.1 A
2. 解:(1)Q=I2R1t=(0.4 A)2×10 Ω×10 s=16 J
(2)U=U1+U2=4 V+2 V=6 V
3. 解:(1)R1==
=10 Ω
(2)并联电路中干路电流等于各支路电流之和,即I=I1+I0
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
I′=0.3 A
I′=+
,代入得
+
=0.3 A ②
联立①②解得U=3 V
4. 解:(1)3 V (2)0.5 A 4 Ω (3)60 J
1. 解:(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R=
=
=44 Ω
(2)水的质量m=ρV=1.0×103 kg/m3×0.001 m3=1 kg
水吸收热量Q吸=cm(t2-t1)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-12 ℃)=3.696×105 J
由η=×100%=
×100%得
t==
=420 s
(3)电能表转40 r消耗的电能W实= kW·h=1.2×105 J
时间t′=2 min=120 s
实际功率:P实==
=1 000 W
2. 解:(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P=UI=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:
W=P低温t=880 W×15×60 s=7.92×105 J
(2)由电路图可知,开关S1、S2都闭合时,R1与R2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:
P2=P高温-P低温=1 980 W-880 W=1 100 W
因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,R2的阻值:
R2==
=44 Ω
(3)一根“220 V 550 W”电热丝的电阻:
R==
=88 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:
R总==
=44 Ω
因R并=R2,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. 解:(1)由图可知,当开关S1闭合、S2断开时,R1与R2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P=UI可得,低温挡加热的电流:I=
=
=0.1 A
(2)当开关S1、S2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:
R1==
=1 100 Ω
当开关S1闭合、S2断开时,R1与R2串联,调奶器处于低温挡,则电路中的总电阻:
R==
=2 200 Ω
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R2的阻值:
R2=R-R1=2 200 Ω-1 100 Ω=1 100 Ω
(3)由P=可得,高温挡加热5 min消耗的电能:
W=P高t=44 W×5×60 s=1.32×104 J
4. 解:(1)当S、S1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I1==
=2 A
(2)电饭锅在高温挡正常工作时,R2的功率为
P2=P-P1=1 100 W-440 W=660 W
通过R2的电流I2==
=3 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
W1=Pt=0.44 kW×0.5 h=0.22 kW·h
30 min内R2消耗的电能为:
W2=W-W1=0.44 kW·h-0.22 kW·h=0.22 kW·h
5. 解:(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P=UI可得,额定加热电流:
I加热==
=5 A
(2)由电路图知,S接b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; S接a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:R2==
=44 Ω
保温状态下,由串联电路的特点和P=
可得总电阻:R总==
=484 Ω
则R1=R总-R2=484 Ω-44 Ω=440 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:P实==
=1 kW=1 000 W
6. 解:(1)当旋钮开关置于1和2接线柱时,火锅处于低温挡;
(2)当旋钮开关置于3和4接线柱时,电阻R1和R2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.
则R1和R2的功率分别为P1==
=200 W
P2= =
=800 W
此时高温挡的功率为P高温= P1+ P2=200 W+800 W=1 000 W
所以P低温= P高温=
×1 000 W=200 W,低温挡时R3与R2串联,电路中的总电阻为R=
=
=242 Ω
所以R3=R-R2=242 Ω-60.5 Ω=181.5 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Q=W=Pt=200 W×60 s=12 000 J
(3)高温挡加热2 min电火锅实际消耗的电能为W==
=0.027 kW·h,t=2 min=
h
此时电火锅处于高温挡的实际功率为P实==
=0.81 kW=810 W<1 000 W,故此时电火锅不是正常工作.
7. 解:(1)闭合S、S1为“低温”挡,R1单独接入电路,
由P=可得,“低温”挡正常工作时的电阻:
R1==
=88 Ω
(2)闭合S、S1为“低温”挡,R1单独接入电路,闭合S、S2为“中温”挡,R2单独工作,高温挡为S、S1、S2同时闭合,R1、R2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 W+1 100 W=1 650 W
(3)水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.68×105 J
由η=×100%可得,消耗的电能:
W==
=
×105 J
由P=可得,用“中温”挡烧开水所用的时间:
t==
≈169.7 s
1. 解:(1)只闭合S0时,电路只有R2接入电路
根据欧姆定律I=得
U2=I2R2=0.2 A×60 Ω=12 V
电源电压U=U2=12 V
(2)闭合S0和S1时,R1和R2并联接入电路
根据并联电路电流规律I=I1+I2得
I1=I-I2=0.6 A-0.2 A=0.4 A
根据并联电路电压规律得U1=U=12 V
根据欧姆定律I=得
R1==
=30 Ω
(3)开关S0、S1均闭合后,通电10 s电路消耗的总电能W=UIt=12 V×0.6 A×10 s=72 J
2. 解:(1)只闭合S1只有灯L接入电路,灯L正常发光,U电源=UL=6 V
灯L正常发光时的电阻:RL==
=12 Ω
(2)开关S1、S3闭合,灯L与R并联
U总=UL=UR=6 V,PL=3 W
电阻R的功率:PR==
=6 W
总功率为P总=PL+PR=3 W+6 W=9 W
电路在1 min内消耗的电能:
W总=P总t=9 W×60 s=540 J
(3)根据P=知,R总最大时,P总最小,故只闭合开关S2时,灯L与R串联
电路的总电阻为:R总=RL+R=12 Ω+6 Ω=18 Ω
此时的最小电功率:Pmin==
=2 W
3. 解:(1)I1==
=0.5 A
(2)W1=U1I1t=5 V×0.5 A×10 s=25 J
(3)根据题意,电压表示数最小值为U1min==
=4 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Imax=1 A,这时候电压表的示数等于U1max=R1Imax=10 Ω×1 A=10 V
所以ΔU1=U1max-U1min=10 V-4 V=6 V
4. 解:(1)定值电阻R1前后两次电功率之比为:
=
=
=
(2)当滑片P在M点时,由欧姆定律得:=0.3 A……①
当滑片P在N点时,由欧姆定律得:=0.3 A-0.1 A=0.2 A……②
由于=
……③
联立①②③得:RM=6 Ω,RN=12 Ω,U=3.6 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
将U=3.6 V,R1=6 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:=
将U=3.6 V,R1=6 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 Ω~30 Ω
5. 解:(1)根据P=UI得小灯泡正常工作时的电流:
IL==
=
A
(2)闭合S和S1,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U=U额=9 V
同时闭合S、S1、S2,变阻器滑片P在B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I1=0.3 A
R1的阻值:R1==
=30 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RL==
=27 Ω,由于RL<R1,经分析,只有当闭合开关S、S2,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U2=3 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U1=U-U2=9 V-3 V=6 V
此时串联电路中的电流I==
=0.2 A
则此时滑动变阻器接入电路中的阻值R2==
=15 Ω
电路中的最小功率:P最小=UI=9 V×0.2 A=1.8 W
6. 解:(1)由P=得灯泡电阻R1=
=
=10 Ω
只闭合S2,R1与R2串联,电压表测量R1两端电压,此时电路中电流I=I2=I1==
=0.2 A
电源电压U=IR=I(R1+R2)=0.2 A×(10 Ω+20 Ω)=6 V
(2)闭合所有开关,R2与R3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I2′=
=
=0.3 A
流经R3的电流I3′=I′-I2′=0.5 A-0.3 A=0.2 A
滑动变阻器的最大阻值R3==
=30 Ω
(3)只闭合开关S3,R1与R3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U1大=3 V
小灯泡R1消耗的最大电功率P1大==
=0.9 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I1小==
=0.15 A
小灯泡的最小电功率P1小=(I1小)2R1=(0.15 A)2×10 Ω=0.225 W
综上可知,小灯泡R1消耗电功率的变化范围是0.225 W~0.9 W
1. 解:(1)压力传感器R承受的最大压力为
Fmax=pmaxS=4×106 Pa×3×10-4 m2=1 200 N
(2)根据杠杆平衡条件得:FA×OA=FB×OB
则压力传感器所受的压力FA==400 N×2=800 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
I==
=0.024 A
(3)由图像知:空载时压力传感器的阻值最大Rmax=400 Ω,则Imin==
=0.012 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Rmin=100 Ω
则Imax==
=0.048 A
所以电流表的示数变化范围是0.012 A~0.048 A
2. 解:(1)当电流表示数为0.2 A时,总电阻为:
R==
=30 Ω
压敏电阻R2的阻值为:R2=R-R1=30 Ω-2 Ω=28 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:p==
=2×106 Pa
(3)当电流表示数达到最大值0.6 A时,电路的总电阻为:R′==
=10 Ω
此时压敏电阻R2的阻值为:R2′=R′-R1=10 Ω-2 Ω=8 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:pmax==
=5×106 Pa
则使用此方法能测量出海水的最大深度是:hmax==
=500