沪科版物理九年级全一册同步提优训练：第十五章 探究电路 专题训练图 像综合计算（有答案）

专题训练 图像综合计算
　　　　　　　
1.如图甲所示的电路,电源电压不变。闭合开关S后,滑动变阻器的滑片P由b端滑到a端,电压表示数U与电流表示数I的变化关系如图图乙所示,则可判断电源电压是　　 　V,滑动变阻器的最大阻值为　　　　Ω。
2.(2021德阳)如图甲所示的电路中,电源电压不变,R1为定值电阻。闭合开关S,将滑动变阻器R2的滑片P从a向b移动的过程中,电压表和电流表的示数变化情况如图图乙所示,则R1的阻值为　　　　 Ω,当滑动变阻器的滑片P在中点时,两电表的示数对应于图乙中的　　　　 (选填“A”“B”“C”“D”或“E”)点。
3.(2021张家界)如图甲所示,移动滑片使电阻R2的有效阻值从零逐渐变大,R1两端电压U的倒数与R2的阻值变化的图像如图图乙所示,则电源电压为　　 　　V,R1的阻值为　　　　 Ω。
4.(2021西宁)如图所示是定值电阻R和小灯泡L中电流随电压变化的图像,由图像可知 (　　)
A.乙是小灯泡的I-U图像
B.定值电阻的阻值为5 Ω
C.定值电阻R和小灯泡L并联接在4 V的电源上,干路中的电流是1.2 A
D.定值电阻R和小灯泡L串联接在6 V的电源上,电路中的电流是0.4 A
5.(2020桂林)如图①所示的电路,电源电压保持不变,当闭合开关S,调节滑动变阻器阻值从最大变化到最小,两个电阻的“U-I”关系图像如图图②所示,则下列判断正确的是 (　　)
A.电源电压为10 V
B.定值电阻R1的阻值为20 Ω
C.滑动变阻器R2的阻值变化范围为0~10 Ω
D.变阻器滑片在中点时,电流表示数为0.3 A
规律方法
　　解决图像问题的一般流程:
　　　　　　　　
6.如图甲所示的电路中,电源电压恒定,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。闭合开关S后,在移动滑片P的过程中,电流表的示数I与R的阻值关系图像如图图乙所示,电压表的示数U与R的阻值关系图像如图图丙所示,则R0的阻值为　　　Ω,电源电压为　　　V。
7.如图甲所示,某工厂要研发一种新型材料,要求对该材料能承受的撞击力进行测试。在某次测试时将材料样品(不计重力)平放在压力传感器上,闭合开关S,由静止自由释放重物,经撞击后样品材料仍完好无损。从重物开始下落到撞击样品的这个过程中,电流表的示数I随时间t变化的图像如图图乙所示,压力传感器的电阻R随压力F变化的图像如图图丙所示。已知电源电压U=24 V,定值电阻R0=10 Ω,求:
(1)在重物下落的过程中压力传感器的电阻。
(2)在撞击过程中,样品受到的最大撞击力。
规律方法
　　　解决多图像问题的核心思路:
　　　　　
8.(2020贵港)小亮设计了一个水位监测报警装置,其电路如图甲所示,电源电压为3 V不变,报警器(电阻不计)中通过的电流达到或超过10 mA时会报警。监测头是一个放置于水底的压敏电阻,受力面积为2 cm2,其阻值R随压力F的变化规律如图图乙所示。监测头在压力超过28 N时不能正常工作,该装置能监测的最大水深是　　　　m。若要该装置在水深达到11 m时开始报警,则电阻箱接入电路的阻值应为　　　Ω。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
9.(2020泰安)小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置,他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置,其工作原理如图甲所示。OAB为水平杠杆,OB长1 m,O为支点,OA∶AB=1∶4,平板上物体所受重力的大小通过电流表读数显示。已知定值电阻R0的阻值为10 Ω,压力传感器R固定放置,R的阻值随所受压力F变化的关系如图图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。
(1)当电池组电压U0=12 V,平板上物体所受重力分别是80 N和100 N时,闭合开关S,分别求出电流表的读数。
(2)电池组用久后电压变小为U1,这时平板上物体重100 N时,电流表读数为0.3 A,求U1的大小。
(3)在第(2)问情况中,电池组电压大小为U1,要求平板上重为100 N的物体对应的电流表读数和电池组电压U0=12 V的情况下相同,小明采取了两种解决办法:
①其他条件不变,只更换电阻R0,试求出更换后的R0'的大小。
②其他条件不变,只水平调节杠杆上触点A的位置,试判断并计算触点A应向哪个方向移动 移动多少厘米
10.(2021日照)常用的呼气式酒精测试仪有两种:一种是燃料电池型酒精测试仪(简称“电池型”),利用酒精与电池内的化学物质发生反应产生电压,某款“电池型”工作电路如图甲所示,燃料电池两端的电压与进入电池的酒精浓度关系如图图乙所示。一种是气敏电阻型酒精测试仪(简称“电阻型”),气敏电阻的阻值随酒精气体浓度的变化而变化,某款“电阻型”工作电路如图图丙所示,电源电压为9 V,R1是阻值为25 Ω的定值电阻,R2是气敏电阻,其阻值与酒精浓度的关系如图图丁所示。酒精浓度n表示每100 mL气体中含有酒精的质量。请完成下列问题。
(1)已知RP的阻值为20 Ω。若驾驶员每100 mL呼出气体内含有40 mg酒精,当用该款“电池型”检测时,图甲中电流表的示数为多大
(2)用该款“电阻型”检测时,请计算:
①如图果驾驶员没有喝酒,电压表的示数为多少
②如图果电压表示数为5 V,驾驶员呼出的气体,每100 mL中含有酒精多少毫克
规律方法
　解决跨板块图像问题的核心思路:
答案解析
1.12　16
2.10　B　解： 由电路图可知,当滑片P在a端时滑动变阻器全部电阻接入电路,R1与R2串联,则电路中电流最小,由图像可知此时电路中的电流Ia=0.2 A,R2两端的电压U2=4 V,由欧姆定律可得R2的最大阻值:R2===20 Ω,
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=IaR1+U2=0.2 A×R1+4 V①,
当滑片P在b端时,滑动变阻器接入电路的电阻为0,电压表示数为零,电路中电流最大,由图像可知此时电路中电流为Ib=0.6 A,则电源电压:U=IbR1=0.6 A×R1②,
由①②得:0.2 A×R1+4 V=0.6 A×R1,
解得:R1=10 Ω;代入②得电源电压:U=6 V。
当滑动变阻器的滑片P在中点时,则滑动变阻器连入电路的阻值:R2'=R2=×20 Ω=10 Ω,
则电流表的示数:I'===0.3 A。
由图像可知,电流表示数为0.3 A时对应的点是B。
3.4　6　解： 由电路图可知,闭合开关后,R1与R2串联,电压表V1测电源两端的电压,电压表V2测R1两端的电压。
当滑片位于左端时,变阻器接入电路中的电阻为零,此时R1两端的电压最大,R1两端电压U的倒数最小,由图乙可知,R1两端电压U的最小倒数为V-1,则电源的电压U=4 V。
由图乙可知,当R2=18 Ω时,R1两端电压U的倒数为1 V-1,即R1两端的电压U1=1 V,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,此时R2两端的电压:
U2=U-U1=4 V-1 V=3 V,
因串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:I==,即=,解得:R1=6 Ω。
4.C　解： 由图像可知乙为定值电阻的图像,当U=4 V时,I=0.4 A,由欧姆定律可得,电阻R的阻值:R===10 Ω,故A、B错误;
将R和L并联在电源电压为4 V的电路中时,因并联电路中各支路两端的电压相等,且等于电源电压,所以它们两端的电压均为4 V,由图像可知对应的电流:IL=0.8 A,IR=0.4 A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路电流:I'=IL+IR=0.8 A+0.4 A=1.2 A,故C正确;
串联电路各处电流相等,由图可知当通过电路的电流为0.4 A时,灯泡两端的电压为1 V,定值电阻两端的电压为4 V,串联电路总电压等于各部分电压之和,所以此时的电源电压:U=UL+UR=1 V+4 V=5 V,故D错误。
5.D　解： 当滑动变阻器的阻值最大时,两电阻串联,干路电流最小:I=0.2 A,电阻R1两端的电压U1=2 V,滑动变阻器两端的电压U2=4 V;所以电源电压U=U1+U2=2 V+4 V=6 V,故A选项错误。定值电阻R1的阻值为R1===10 Ω,故B选项错误。滑动变阻器的阻值最大为R2===20 Ω,所以滑动变阻器R2的阻值变化范围为0~20 Ω,故C选项错误。变阻器滑片在中点时,滑动变阻器接入电路的电阻为10 Ω,此时R1、R2的阻值相同,分得的电压相同,从图上看,此时电流表的示数为I'=0.3 A,故D选项正确。
6.10　24　解： 由电路图可知,R与R0串联,电压表测R0两端的电压,电流表测电路中的电流。由图乙可知,滑动变阻器接入电路中的阻值R1=20 Ω时,电路中的电流I1=0.8 A,根据欧姆定律可得,电源电压:U=I1(R0+R1)=0.8 A×(R0+20 Ω)①;由图丙可知,滑动变阻器接入电路中的电阻R2=30 Ω时,电压表的示数U0=6 V,串联电路中各处的电流相等,所以,电路中的电流:I2==,电源电压:U=I2(R0+R2)=×(R0+30 Ω)②;因电源电压不变,联立①②解得R0=10 Ω(R0=-22.5 Ω舍去),U=24 V。
7.(1)由图乙可知,在重物没有撞击传感器时,电路中的电流:I=0.2 A,根据欧姆定律I=可知,定值电阻R0两端的电压:U0=IR0=0.2 A×10 Ω=2 V,则压力传感器两端的电压:UN=U-U0=24 V-2 V=22 V,压力传感器的电阻:RN===110 Ω。
(2)由图丙可知,撞击力最大时,电阻最小,电流最大,由图乙可知,最大的电流为Im=1.2 A,根据欧姆定律I=可知,电源电压:U=Im(R0+R),则压力传感器的电阻:R=-R0=-10 Ω=10 Ω,由图丙可知,此时受到的撞击力F=600 N,即在撞击过程中,样品受到的最大撞击力为600 N。
8.14　220　解： 由题意可知,监测头在压力超过28 N时不能正常工作,则此时压敏电阻所受压强:p最大===1.4×105 Pa,根据p=ρgh可得,监测的最大水深:h最大===14 m。该装置在水深达到11 m时开始报警,则此时压敏电阻所受压强为p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×11 m=1.1×105 Pa,根据p=可得,压敏电阻受到的压力F=pS=1.1×105 Pa×2×10-4m2=22 N,由图乙可知,此时压敏电阻的阻值R=80 Ω,已知报警器报警时电路的电流I=10 mA=0.01 A,则由I=可得,报警时电路的总电阻:R总===300 Ω,根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可得,电阻箱接入电路的阻值R箱=R总-R=300 Ω-80 Ω=220 Ω。
9.(1)平板上物体所受重力G1=80 N、G2=100 N时,对平板的压力FA1=G1=80 N、FA2=G2=100 N,由杠杆平衡条件可得:FA1×OA=FB1×OB、FA2×OA=FB2×OB,由题知,OA∶AB=1∶4,则OA∶OB=1∶5,杠杆B点受到的压力:FB1=FA1=×80 N=16 N,FB2=FA2=×100 N=20 N,由于力的作用是相互的,压力传感器受到的压力分别为16 N、20 N,由R的阻值随所受压力F变化的关系图像得,R1=30 Ω、R2=20 Ω,由欧姆定律得:I1====0.3 A,I2====0.4 A。
(2)由(1)的计算可知,平板上物体重100 N时,压力传感器受到的压力为20 N,压力传感器的电阻R2=20 Ω,此时电池组电压:U1=I0R总2=I0(R2+R0)=0.3 A×(20 Ω+10 Ω)=9 V。
(3)①其他条件不变,只更换电阻R0为R0',由题意得:U1=I2R总2'=I2(R2+R0'),9 V=0.4 A×(20 Ω+R0'),解得:R0'=2.5 Ω。
②电池组用久后电压变小,电路中电流变小,要增大电路中的电流,需减小压力传感器的电阻,就要增大压力传感器受到的压力,其他条件不变,由杠杆平衡条件可知,需向左调节A触点,设调节距离为L,此时压力传感器阻值为R3,U1=I2R总3=I2(R3+R0),9 V=0.4 A×(R3+10 Ω),解得R3=12.5 Ω,从图像可知,传感器受到的压力为23 N,由于力的作用是相互的,杠杆B点受到的压力:FB3=23 N,由杠杆平衡条件可得:FB3×OB=FA2×(OA+L),23 N×OB=100 N×(OA+L),23 N×1 m=100 N×,
解得L=0.03 m=3 cm。
10.(1)由图乙知,若驾驶员每100 mL呼出气体内含有40 mg酒精时,燃料电池的电压为2 V,此时电路中的电流:I===0.1 A,即电流表的示数为0.1 A。
(2)①由图丙知,两电阻串联,电压表测量定值电阻R1两端的电压,由图丁知,如图果驾驶员没有喝酒,R2的阻值为50 Ω,此时电路的电流:I'=== A,
R1两端的电压:U1=I'R1= A×25 Ω=3 V,即电压表的示数为3 V。
②如图果电压表示数为5 V,电路中的电流:I″====0.2 A,电路的总电阻:R===45 Ω,
根据串联电路电阻的规律知R2的电阻:R2'=R-R1=45 Ω-25 Ω=20 Ω,由图丁知驾驶员呼出的气体,每100 mL中含有酒精40 mg。