人教版物理九年级全一册同步提优训练：第十八章 电功率 专题训练　电功率之动态计算（含答案）

专题训练　电功率之动态计算
类型1　开关开闭引起的动态电路
1.[2020·衡阳一模] 如图所示,R1的阻值为10 Ω,S1、S2都闭合时,电压表示数为4.5 V,则电源电压为　　　　V。接着只将S2断开,电压表的示数为3 V,此时R2消耗的电功率
为　　　　W。
2.如图所示的电路中,R1、R2为定值电阻,其中R1=10 Ω。当只闭合开关S1时,电流表的示数为0.4 A,则电源电压为　　　　V;当同时闭合开关S1、S2时,电流表的示数增大为1.2 A,则R2消耗的电功率为　　　　W。
3.[2020·西藏] 如图所示电路中,电源两端电压保持不变,小灯泡L的规格为
“3 V　1.5 W”,当开关S2、S3断开,S1闭合时,灯泡恰好正常发光;当开关S1、S3断开,S2闭合时,电流表的读数为0.3 A(忽略灯丝电阻的变化),则 (　　)
A.电源两端电压为6 V
B.电阻R的阻值大小为6 Ω
C.当开关S2断开,S1、S3闭合时,电流表的示数为1.25 A
D.当开关S2断开,S1、S3闭合时,灯泡L和电阻R的电功率之比是3∶2
4.[2020·邵阳] 如图所示的电路中,电源电压恒定不变,已知R1=10 Ω。当S闭合、S1和S2断开时,电流表的示数为0.2 A;当S2断开、S和S1闭合时,电流表的示数为0.8 A。求:
(1)S闭合、S1和S2断开时,电压表的示数。
(2)定值电阻R2的阻值。
(3)S1断开、S和S2闭合时,电路的总功率。
开关开闭引起的电路变化一般有以下三种情况:(1)使某个用电器短路;(2)使两个用电器串联;(3)使两个用电器并联。解题时注意各用电器的连接方式,根据串、并联电路中电流、电压、电阻、电功率的规律进行求解。
类型2　滑动变阻器的滑片移动引起的动态电路
5.如图甲所示是“电子技师”学生社团所使用的迷你电烙铁,其铭牌上标有“6 V　12 W”字样。社团小组对其改进,使电烙铁温度可调,图乙为小组设计的电路简图。闭合开关,当滑动变阻器(铭牌上标有“15 Ω　2 A”字样)接入电路的电阻为6 Ω时,电烙铁刚好正常工作,不考虑温度对电阻的影响,求:
(1)当电烙铁正常工作时,通过电烙铁的电流和电烙铁的电阻。
(2)该电路两端的电源电压。
(3)当滑片移到最右端时,电路中电烙铁消耗的实际功率。
6.小莉在实践活动中设计的模拟调光灯电路如图所示。她选用的电源电压恒为12 V,小灯泡上标有“6 V　6 W”字样,滑动变阻器上标有“20 Ω　2 A”字样。若不考虑温度对灯泡电阻的影响,闭合开关S后,问:
(1)当滑动变阻器的滑片P在中点时,电压表的示数以及电路消耗的总功率是多少
(2)当小灯泡正常发光时,滑动变阻器的电功率是多少
7.如图甲所示的电路,小灯泡L标有“6 V　3.6 W”字样,闭合开关S后,滑片P从b端移到a端的过程中,电压表示数U与电流表示数I的关系如图乙所示(不计温度对电阻的影响)。求:
(1)小灯泡正常发光时的电阻。
(2)当滑片P滑到中点时,小灯泡L的实际功率。
8.[2020·益阳] 在如图甲所示电路中,电源电压U恒定,电阻R1=20 Ω,R2为滑动变阻器。闭合开关后,当滑片P从a端滑到b端时,电压表V1、V2示数的关系如图乙所示。求:
(1)电源电压U。
(2)滑动变阻器的最大阻值。
(3)当滑片移到滑动变阻器的中间位置时,电阻R1消耗的电功率。
滑动变阻器一般与其控制的用电器串联,因为串联电路中电流处处相等,故求解电功率问题时多用公式P=UI或P=I2R。求电功率选用公式的原则是抓住不变量,例如图“同一电阻”“电源电压不变”等。
类型3　开关开闭结合滑片移动引起的动态电路
9.[2021·乐山] 如图所示电路中,灯泡L标有“6 V　3 W”字样(不计温度对灯丝电阻的影响)。当开关S1、S2均闭合,滑动变阻器的滑片P在最左端时,电流表示数为1.5 A,并且灯
泡L正常发光;当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片P在中点时,电流表的示数
为0.25 A。求:
(1)电源电压。
(2)定值电阻R的阻值。
(3)开关S1闭合后,电路中的最小功率。
10.[2020·贺州] 在如图所示的电路中,电源电压保持不变,定值电阻R0=10 Ω,小灯泡L上标有“6 V　10 W”字样,当开关S1闭合,S2断开,滑动变阻器R的滑片P移到最右端时,电压表的示数为4 V,电流表的示数为0.2 A,求:
(1)小灯泡L正常发光时的电阻。
(2)滑动变阻器R的最大阻值和电源电压。
(3)当开关S1断开,S2闭合,滑动变阻器的滑片P移到中点时,电流表的示数为0.15 A,小灯泡L消耗的电功率。
11.[2021·绥化] 如图所示,电源电压不变,定值电阻R0=20 Ω,电流表量程为0~3 A,小灯泡L标有“8 V　4 W”字样(不考虑温度对灯丝电阻的影响)。当开关S闭合,S1、S2断开,滑动变阻器的滑片P从b端滑动到某一位置时,滑动变阻器接入电路中的阻值减小了16 Ω,电流表示数变化了0.2 A,此时小灯泡恰好正常发光。问:
(1)小灯泡正常工作1 min消耗多少电能
(2)电源电压是多少伏
(3)当开关S、S1、S2都闭合时,调节滑片P,在保证电路安全的前提下,滑动变阻器R的最大功率是多少
12.如图所示的电路,灯L标有“3.8 V”字样,电源电压恒为6 V。
(1)当S1、S2均断开,滑片P移至最左端时,电流表的示数为0.6 A,求电阻R1的阻值。
(2)当S2断开、S1闭合时,移动滑片P使电流表的示数为0.38 A,灯L正常发光;保持滑片不动,S1断开、S2闭合,电流表的示数变为0.58 A,求灯L的额定功率。
(3)当S1、S2均断开,移动滑片P在a点时,滑动变阻器接入电路中的电阻为Ra,滑动变阻器消耗的功率为Pa;移动滑片P在b点时,滑动变阻器接入电路中的电阻为Rb,滑动变阻器消耗的功率为Pb,且Rb=4Ra,Pa=Pb,求Ra。
对于电路中有多个开关可以开闭,且滑动变阻器的滑片并不固定的电路,进行分析时可以画出各种对应状态的等效电路来简化电路问题,并明确每种状态下的电路连接情况。
答案
专题训练　电功率之动态计算
1.4.5　0.45　解： 当S1、S2都闭合时,R2短路,电路为R1的简单电路,电压表测量电源电压,由此可知,电源电压为4.5 V;当S1闭合、S2断开时,两个电阻串联,电压表测量R1两端电压,即U1=3 V,此时电路中的电流为I===0.3 A,R2两端的电压U2=U-U1=4.5 V-3 V=1.5 V,电阻R2消耗的功率为P2=U2I=1.5 V×0.3 A=0.45 W。
2.4　3.2　解： 由电路图可知,当只闭合开关S1时,电路为R1的简单电路,电流表测电路中的电流,则电源电压:U=I1R1=0.4 A×10 Ω=4 V;当同时闭合开关S1、S2时,R1与R2并联,电流表测干路中的电流;由于并联电路各支路互不影响,则此时通过R1的电流仍为0.4 A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,故通过R2的电流:I2=I-I1=1.2 A-0.4 A=0.8 A;由于并联电路各支路两端的电压相等,且等于电源电压,则此时R2两端的电压U2=U=4 V;故R2消耗的电功率为P2=U2I2=4 V×0.8 A=3.2 W。
3.C　解： 当开关S2、S3断开,S1闭合时,电路为小灯泡的简单电路,由灯泡恰好正常发光可知,电源的电压U=UL=3 V,故 A错误;由P=UI=可得,小灯泡的电阻为RL===6 Ω,当开关S1、S3断开,S2闭合时,小灯泡L与电阻R串联,电流表测电路中的电流,由I=可得,电路的总电阻R总===10 Ω,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电阻R=R总-RL=
10 Ω-6 Ω=4 Ω,故B错误;当开关S2断开,S1、S3闭合时,小灯泡L与电阻R并联,电流表测干路电流,因并联电路中各支路两端的电压相等,且干路电流等于各支路电流之和,所以,电流表的示数为I'=IL+IR=+=+=1.25 A,故C正确;由P=UI=可得,灯泡L和电阻R的电功率之比PL'∶PR=∶=R∶RL=4 Ω∶6 Ω=2∶3,故D错误。
4.(1)当S闭合、S1和S2断开时,电路为R2的简单电路,I2=0.2 A,
当S2断开、S和S1闭合时,R1与R2并联,I=0.8 A,
通过R1的电流:I1=I-I2=0.8 A-0.2 A=0.6 A,
电源的电压:U=U1=I1R1=0.6 A×10 Ω=6 V,
则S闭合、S1和S2断开时,电压表的示数为6 V。
(2)定值电阻R2的阻值:R2===30 Ω。
(3)当S1断开、S和S2闭合时,R1与R2并联,此时干路中的电流为I=0.8 A,
则电路的总功率:P=UI=6 V×0.8 A=4.8 W。
5.(1)电烙铁的规格为“6 V　12 W ”,
由P=UI可知,其正常工作时,通过的电流:I===2 A,
由P=可知,电烙铁的电阻:R1===3 Ω。
(2)由图可知电烙铁与滑动变阻器串联接入电路,电烙铁正常工作时,滑动变阻器接入电路的电阻R滑=6 Ω,则此时滑动变阻器两端的电压为U滑=IR滑=2 A×6 Ω=12 V,
则电源电压为U总=U+U滑=6 V+12 V=18 V。
(3)当滑片移到最右端时,电路中的电流:
I实===1 A,
则该电路中电烙铁的实际功率:
P实=R1=(1 A)2×3 Ω=3 W。
6.电路中灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测L两端的电压。
(1)由P=可得,小灯泡的电阻:RL===6 Ω,
当滑动变阻器的滑片P在中点时电路中的电流:
I===0.75 A,
电压表的示数(即灯泡两端的电压):
UL'=IRL=0.75 A×6 Ω=4.5 V,
电路消耗的总功率:P=UI=12 V×0.75 A=9 W。
(2)小灯泡正常发光时,变阻器R两端的电压:
UR=U-UL=12 V-6 V=6 V,
通过灯泡的电流:IL===1 A。
串联电路中各处的电流相等,则滑动变阻器的电功率为PR=URIR=URIL=6 V×1 A=6 W。
7.(1)小灯泡正常发光时的电阻:RL===10 Ω。
(2)由图甲知,小灯泡和滑动变阻器串联,电压表测变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。
P在a端时,电路中电流最大,由图乙知,对应的电流为0.6 A,电压表示数为0 V,电路为小灯泡的简单电路,电源电压:U=IaRL=0.6 A×10 Ω=6 V;
P在b端时,电路中电流最小,对应的电流为0.2 A,电压表示数为4 V,
变阻器的最大电阻:R滑===20 Ω,
当滑片P滑到中点时,变阻器连入电路中的电阻:
R中=R滑=×20 Ω=10 Ω,
此时电路中的电流:I中===0.3 A,
此时,小灯泡的实际功率:P灯=RL=(0.3 A)2×10 Ω=0.9 W。
8.(1)由电路图可知,当滑片在a端时,滑动变阻器R2接入电路的电阻为0,电压表V2示数为零,电路为R1的简单电路,电压表V1测电源的电压,由图乙可知:电源的电压U=12 V。
(2)当滑片在b端时,R1与R2(最大阻值接入电路)串联,电压表V1测R1两端的电压,电压表V2测R2两端的电压,电流表测电路中的电流,此时电压表V2示数最大;
由图乙可知:U1=4 V,U2最大=8 V,
则电路中的电流:I===0.2 A,
则根据I=可得,
滑动变阻器的最大阻值:R2===40 Ω。
(3)当滑片移到滑动变阻器的中间位置时,则R2中=R2=×40 Ω=20 Ω,
则总电阻R=R1+R2中=20 Ω+20 Ω=40 Ω,
所以,电路中电流:I中===0.3 A,
电阻R1消耗的电功率:P1=R1=(0.3 A)2×20 Ω=1.8 W。
9.(1)当开关S1、S2均闭合,滑动变阻器的滑片P在最左端时,滑动变阻器接入电路的阻值为0,灯泡和定值电阻并联,电流表测量干路电流。
因为灯泡L正常发光,并联电路中各支路两端的电压相等,且等于电源电压,则电源电压U=UR=UL=6 V。
(2)根据灯泡铭牌数据可知灯泡正常发光时的电流:IL===0.5 A,
根据并联电路的电流特点可知通过R的电流:IR=I-IL=1.5 A-0.5 A=1 A,
根据欧姆定律可知,定值电阻R的阻值:R===6 Ω。
(3)当开关S1闭合、S2断开,滑片P在中点时,L和滑动变阻器串联,电流表测量电路电流,
根据欧姆定律可知电路中总电阻:R总===24 Ω,
不计温度对灯丝电阻的影响,根据欧姆定律可知灯泡的电阻:RL===12 Ω,
则滑动变阻器的最大电阻:R滑=2×(R总-RL)=2×(24 Ω-12 Ω)=24 Ω,
电源电压不变,根据P=可知,电路中总电阻最大时,总功率最小,
开关S1闭合后,根据串、并联电路的电阻特点可知,当S2断开,且滑动变阻器的阻值全部接入电路中时,总电阻最大,电路中的功率最小,
电路中的最小功率为P小===1 W。
10.(1)由P=可得,小灯泡L正常发光时的电阻:
RL===3.6 Ω。
(2)根据电路图可知,当开关S1闭合,S2断开,滑动变阻器R的滑片P移到最右端时,定值电阻与滑动变阻器(最大阻值接入电路)串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,电流表测量电路电流;
由I=可知,滑动变阻器的最大阻值:R===20 Ω;
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以电路的总电阻:R总=R0+R=10 Ω+20 Ω=30 Ω,
电源电压:U=IR总=0.2 A×30 Ω=6 V。
(3)根据电路图可知,当开关S1断开,S2闭合,滑动变阻器的滑片P移到中点时,灯泡与滑动变阻器(一半阻值接入电路)串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,电流表测量电路中电流;
滑动变阻器两端电压:UR'=I'×R=0.15 A××20 Ω=1.5 V,
因串联电路两端总电压等于各部分电压之和,所以灯泡两端电压:UL'=U-UR'=6 V-1.5 V=4.5 V,
灯泡的电功率:PL'=UL'I'=4.5 V×0.15 A=0.675 W。
11.(1)小灯泡正常工作1 min消耗的电能:W=PLt=4 W×60 s=240 J。
(2)当开关S闭合,S1、S2断开,滑动变阻器的滑片P在b端时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,R与L串联,此时通过电路的电流为I1,滑片P从b端滑动到某一位置时,滑动变阻器接入电路中的阻值减小了16 Ω,电流表示数变化了0.2 A,此时小灯泡恰好正常发光,此时通过电路的电流为I2,则I2=IL===0.5 A,I1=I2-ΔI=0.5 A-0.2 A=0.3 A,
灯泡的电阻:RL===16 Ω,
电源电压:U=I1(R滑+RL)=0.3 A×(R滑+16 Ω)①,
U=I2(R滑'+RL)=0.5 A×(R滑-16 Ω+16 Ω)②,
①②两式联立,解得:R滑=24 Ω,U=12 V。
(3)当开关S、S1、S2都闭合时,滑动变阻器和定值电阻并联接入电路,灯泡短路,
通过定值电阻的电流:I0===0.6 A,
电流表量程为0~3 A,当电流表示数达到最大时,通过滑动变阻器的电流最大,则通过滑动变阻器的最大电流:I'=I-I0=3 A-0.6 A=2.4 A,
滑动变阻器的最大功率为P=UI'=12 V×2.4 A=28.8 W。
12.(1)当S1、S2均断开,滑片P移至最左端时,电路为定值电阻R1的简单电路,电阻R1的阻值为R1===10 Ω。
(2)当S2断开、S1闭合时,小灯泡L和定值电阻R1并联后与滑动变阻器串联,电流表测量的是通过R1的电流,IR1=0.38 A,
当S1断开、S2闭合时,小灯泡L和定值电阻R1并联后与滑动变阻器串联,电流表测量的是干路中的电流,I=0.58 A,
通过小灯泡的电流为IL=I-IR1=0.58 A-0.38 A=0.2 A,即小灯泡的额定电流为0.2 A。
小灯泡的额定功率为PL=ULIL=3.8 V×0.2 A=0.76 W。
(3)当S1、S2均断开,滑片P移至a点时,滑动变阻器消耗的功率为Pa=()2·R a①,
当S1、S2均断开,滑片P移至b点时,滑动变阻器消耗的功率为Pb=·Rb②,
又因为Pa=Pb③,
Rb=4Ra④,
联立①②③④解得:Ra=5 Ω。