沪科版物理九年级全一册同步专题训练(十)　电功率动态电路问题（Word 含答案）

专题训练(十)　电功率动态电路问题
类型一　电功率的动态分析与计算
1.如图所示的电路,闭合开关后,当滑片P向左移动时,下列说法正确的是 (　　)
A.灯泡L变亮 B.电压表示数变大
C.电流表A1示数变小 D.电路消耗的总功率变大
2.如图所示的电路中,电源两端电压保持不变,R1为定值电阻。开关S闭合后,在滑动变阻器R2的滑片P向右移动的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表V1的示数变大
B.电流表A的示数变大
C.电压表V2的示数变大
D.电路消耗的总功率变大
3.如图所示电路,电源电压恒为6 V,L1标有“6 V　7.2 W”字样,L2标有“6 V　3.6 W”字样,忽略温度对灯丝电阻的影响,下列说法正确的是 (　　)
A.仅闭合S1、S3,L1不亮,L2亮
B.仅闭合S2、S3,电流表读数为0.6 A
C.仅闭合S1、S2,电路总电阻为15 Ω
D.仅闭合S3,电路消耗的总功率为10.8 W
4.如图甲所示是疫情期间使用的电子测温仪,图乙是其内部的原理图。电源电压不变,R是热敏电阻,其阻值随温度的升高而变小,R0为定值电阻。关于此测温仪,下列分析正确的是 (　　)
A.显示仪是由电流表改装而成的
B.将R0更换为阻值更大的电阻,测相同温度,显示仪的示数变大
C.在测体温时,当被测对象的体温较高时,显示仪的示数较小
D.被测对象温度越高,电路消耗的总功率越小
5.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,R为定值电阻,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,发现电流表的示数由0.1 A变为0.3 A,电压表的示数由8 V减小到4 V。则下列说法中正确的是 (　　)
A.电源电压为20 V B.R的电功率变化量为1.6 W
C.电源电压为15 V D.R的电功率变化量为3.2 W
类型二　电功率的“极值”问题
6.如图所示电路,电源电压为6 V保持不变,定值电阻的阻值为10 Ω,滑动变阻器的最大阻值为20 Ω,当开关闭合,滑片由b端向a端移动的过程中,以下说法正确的是 (　　)
A.电压表示数最小值是4 V B.电流表示数最大值是0.2 A
C.电路总功率不会小于1.2 W D.定值电阻消耗的最小功率是1.2 W
7.如图所示的电路中,灯L上标有“3 V　1.5 W”字样,滑动变阻器R上标有“50 Ω　1 A”字样,电压表的量程为0~3 V,电流表的量程为0~0.6 A,电源电压恒为4.5 V。闭合开关后,为了保证电路中各元件安全工作,下列说法正确的是(设灯丝的电阻保持不变) (　　)
A.电路中的最大电流为0.6 A
B.电路中的最小电流为0.25 A
C.变阻器允许接入电路的最小阻值为4 Ω
D.变阻器允许接入电路的最大阻值为6 Ω
8.如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L1、L2分别标有“6 V　3 W”和“6 V　6 W”的字样,滑动变阻器R的阻值变化范围为0~12 Ω,当S1、S2和S3都闭合,滑动变阻器的滑片滑到a端时,两灯都正常发光。不考虑温度对灯泡电阻的影响,则 (　　)
A.电源电压为12 V
B.两灯都正常发光时电流表的示数为3 A
C.整个电路的最小功率为2.25 W
D.整个电路的最大功率为9 W
9.如图甲所示,移动滑动变阻器的滑片时,滑动变阻器消耗的功率P2与其接入电路的电阻R2的关系图像如图图乙所示,当滑动变阻器的电功率达到最大值时,电流表的示数为0.15 A,求:
(1)当电压表的示数为2 V,电流表的示数为0.2 A时,滑动变阻器接入电路的阻值。
(2)R1的阻值和电源电压。
(3)滑动变阻器的电功率的最大值。
类型三　电功率的“取值范围”问题
10.如图所示的电路中,电源电压恒为4.5 V,电压表的量程为0~3 V,电流表的量程为0~0.6 A,滑动变阻器的规格为“20 Ω　1.5 A”,小灯泡上标有“2.5 V　1.25 W”字样。闭合开关,则下列说法错误的是(不考虑温度对小灯泡电阻的影响) (　　)
A.电流表示数的变化范围是0.18~0.6 A
B.电路消耗的最大电功率是2.25 W
C.电压表的示数变化范围是2~3 V
D.滑动变阻器允许连入电路的阻值范围是4~10 Ω
11.如图所示,电源电压为8 V,电阻R1=10 Ω,电流表的量程是0~3 A,电压表的量程是0~15 V,滑动变阻器R2允许通过的最大电流为2 A,R2的最大阻值为30 Ω。在不损坏电路元件的情况下,求:
(1)通过电阻R1的电流。
(2)滑动变阻器接入电路的最小阻值。
(3)滑动变阻器功率的变化范围。
答案
1.D　 由图可知滑动变阻器R与灯L并联,电压表的示数显示的是电源电压,当滑片P向左移动时,电压表的示数不变,故选项B是错误的;当滑片P向左移动时,不影响灯L所在支路的电压和电流,所以灯L的亮度不变,故选项A是错误的;当滑片P向左移动时,灯L所在的支路电流不变,滑动变阻器所在的支路电压不变,电阻减小,电流增大,而电流表A1的示数是干路中的电流,所以A1的示数增大,故选项C是错误的;当滑片P向左移动时,电路中的总电流增大,总电压不变,由电功率公式P=UI可知电功率增大,故选项D是正确的。
2.A　 由电路图可知,R1与R2串联,电压表V1测变阻器R2两端的电压,电压表V2测电源两端的电压,电流表测电路中的电流。因电源两端电压保持不变,所以,滑片移动时,电压表V2的示数不变,故C错误;在滑动变阻器R2的滑片P向右移动的过程中,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,由I=可知,电路中的电流变小,即电流表A的示数变小,故B错误;电路中的电流变小,由U=IR可知,R1两端的电压变小,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,R2两端的电压变大,即电压表V1的示数变大,故A正确;电源电压保持不变,电路中的电流变小,由P=UI可知,电路消耗的总功率变小,故D错误。
3.B　 仅闭合S1、S3时,灯泡L2短路,电路为L1的简单电路,所以只有灯泡L1亮,灯泡L2不亮,故A不正确;
仅闭合S2、S3时,电路为L2的简单电路,电流表测电路中的电流,因L2两端的电压和额定电压相等,所以,由P=UI可得,电流表的示数:I2===0.6 A,故B正确;
仅闭合S1、S2时,两灯泡并联,由P=可得,两灯泡的电阻:
R1===5 Ω,
R2===10 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,电路中的总电阻:R=== Ω,故C不正确;
仅闭合S3时,两灯泡串联,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路消耗的总功率:
P===2.4 W,故D不正确。
4.B　 因为显示仪与R0并联,所以显示仪是电压表,故A错误;温度相同,说明热敏电阻的阻值不变,将R0更换为阻值更大的电阻,由串联电路的分压特点可知,R0两端分得的电压变大,因此显示仪示数会变大,故B正确;被测对象温度越高,说明电压表示数越大,由欧姆定律可知,电路中电流越大,由P=UI可知,电路消耗的总功率也越大,故C、D错误。
5.B　 由电路图可知,定值电阻R与滑动变阻器R'串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流;根据题意可知,当I=0.1 A时,电压表的示数为8 V,由欧姆定律和串联电路的电压特点可得,电源电压:
U=IR+U滑=0.1 A×R+8 V①;
当I'=0.3 A时,电压表的示数为4 V,
同理可得电源电压:U=I'R+U滑'=0.3 A×R+4 V②,联立①②解得:R=20 Ω,U=10 V,故A、C错误;
定值电阻R的电功率变化量:ΔP=(I')2R-I2R=(0.3 A)2×20 Ω-(0.1 A)2×20 Ω=1.6 W,故B正确,D错误。
6.C　 由图可知,定值电阻和滑动变阻器串联,当滑动变阻器的滑片在b端时,电路中电阻最大为R=10 Ω+20 Ω=30 Ω,此时电路的电流最小,为I===0.2 A,此时电压表的示数最小,为U最小=IR定=0.2 A×10 Ω=2 V,故A错误;当滑片在a端时,电路中只有定值电阻工作,电阻最小,电流最大,故电流表示数最大值是I最大===0.6 A,故B错误;由公式P=可知,当总电阻最大时,电路中总功率最小,即P最小===1.2 W,故C正确;由上述分析可知,当滑片在b端时,定值电阻分压最小,电路中电流最小,定值电阻的电功率最小,为P定=U最小I=2 V×0.2 A=0.4 W,故D错误。
7.B　 灯泡L正常工作时的电流:
IL===0.5 A,
灯泡的电阻为RL===6 Ω,
为了保证电路中各元件安全工作,电路中的最大电流I最大=0.5 A,
此时电路中的总电阻:R总===9 Ω,
滑动变阻器连入电路中的最小阻值:R最小=R总-RL=9 Ω-6 Ω=3 Ω;
当电压表的示数最大U滑'=3 V时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,
此时灯泡两端的电压为U'=U-U滑'=4.5 V-3 V=1.5 V,
此时电路中的电流为I最小===0.25 A,
滑动变阻器接入电路的最大阻值为
R最大===12 Ω。
8.D　 当S1、S2、S3都闭合,滑动变阻器滑片在a端时,灯泡L1和灯泡L2并联,因并联电路中各支路两端的电压相等,等于电源电压,且两灯都正常发光,所以,电源的电压U=U1=U2=6 V,故A错误;由P=UI可得,两灯泡都正常发光时通过的电流:I1===0.5 A,I2===1 A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,两灯都正常发光时电流表的示数:I=I1+I2=0.5 A+1 A=1.5 A,故B错误;由I=可得,两灯泡的电阻:R1===12 Ω,R2===6 Ω,R1>R2,所以当S1、S3闭合,S2断开,且滑片位于b端时,R1与R(接入电路阻值最大)串联,电路中的总电阻最大,电路的总功率最小,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路的最小总功率:P小===1.5 W,故C错误;当S1、S2、S3都闭合且滑片位于a端时,两灯泡并联,电路中的总电阻最小,电路的总功率最大,此时两灯泡均正常发光,所以,整个电路的最大功率:P大=P1+P2=3 W+6 W=9 W,故D正确。
9.(1)由电路图可知,电压表测滑动变阻器两端的电压,U2=2 V时,
电流表测通过滑动变阻器的电流,I=0.2 A,
由欧姆定律可得,滑动变阻器接入电路的阻值:R2===10 Ω。
(2)由电路图可知,R1与变阻器串联,由图像可知,滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω时,其电功率P2=0.4 W,因串联电路中各处的电流相等,所以由公式P=I2R变形可得,电路中的电流:I1===0.2 A,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以由欧姆定律公式I=变形可得,电源电压:
U=I1(R1+R2)=0.2 A×(R1+10 Ω)①;
由图像可知,滑动变阻器消耗的功率最大时接入电路中的电阻为20 Ω,此时电流表示数为0.15 A,所以此时电源电压:
U=I2(R1+R2')=0.15 A×(R1+20 Ω)②;
①式和②式联立解得,R1=20 Ω,U=6 V。
(3)滑动变阻器消耗的功率最大时,变阻器接入电路的电阻为R2'=20 Ω,此时电路中的电流:
I2=0.15 A,
则滑动变阻器消耗的最大功率:
P2大=R2'=(0.15 A)2×20 Ω=0.45 W。
10.A　 由电路图可知,滑动变阻器与灯泡串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。根据公式P=UI可得,灯泡的额定电流:IL额===0.5 A,因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为0~0.6 A,所以,电路中的最大电流为I最大=IL额=0.5 A,由欧姆定律公式I=变形可得灯泡的电阻:RL==5 Ω,电路中的最小总电阻:R总小===9 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以滑动变阻器接入电路中的最小阻值:R滑最小=R总小-RL=9 Ω-5 Ω=4 Ω;电压表的最小示数为U滑最小=I最大R滑最小=0.5 A×4 Ω=2 V;该电路的最大功率:P最大=UI最大=4.5 V×0.5 A=2.25 W;由于电压表的量程为0~3 V,所以由串联分压规律可知,当电压表示数最大为3 V时,变阻器接入电路中的电阻最大,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,所以灯泡两端的最小电压为UL最小=U-U滑最大=4.5 V-3 V=1.5 V,则电路中最小的电流:I最小===0.3 A,由欧姆定律公式I=变形可得,滑动变阻器接入电路中的最大阻值:R滑最大===10 Ω;所以滑动变阻器允许连入电路的阻值范围是4~10 Ω;则电流表示数的变化范围是0.3~0.5 A,电压表示数的变化范围是2~3 V,故A选项错误。
11.由图可知,定值电阻R1与滑动变阻器R2并联,电压表测量R2两端的电压,电流表测量干路中的电流。
(1)因为R1、R2并联,所以U1=U2=U=8 V,
由欧姆定律公式I=可得,通过R1的电流为I1===0.8 A。
(2)滑动变阻器R2允许通过的最大电流为2 A,当通过变阻器的电流最大为2 A时,干路中的电流:
I=I1+I2最大=0.8 A+2 A=2.8 A<3 A,
各电路元件是安全的;所以当通过变阻器的电流最大为2 A时,滑动变阻器接入电路的阻值最小,其最小值为R2最小===4 Ω。
(3)当滑动变阻器接入电路的阻值最大为30 Ω时,通过滑动变阻器的电流最小,干路电流也最小,各电路元件是安全的;此时滑动变阻器消耗的功率最小,则滑动变阻器消耗的最小功率:P2最小==≈2.13 W;
滑动变阻器消耗的最大功率:
P2最大=U2I2最大=8 V×2 A=16 W;
所以滑动变阻器功率的变化范围为2.13~16 W。