苏科版物理九年级上册课课练：专题训练：动态电路安全问题和图像识别与计算（含答案）

专题训练
[动态电路安全问题和图像识别与计算]
类型一　动态电路的安全问题与常规计算
　　方法诠释:(1)明确电路是串联电路还是并联电路及电表的测量范围.(2)明确待求的是整个电路还是某个元件的物理量,结合串、并联电路的相关公式作出正确解答.(3)安全问题:需要考虑用电器的规格、电表的量程限制、滑动变阻器的最大电流限制.
1.如图所示的电路中,电源电压为6 V保持不变,定值电阻R1的阻值为10 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为20 Ω,当开关S闭合,滑片由最右端向最左端滑动的过程中,电流表的示数　　　(选填“变小”“变大”或“不变”),在此过程中电压表示数的变化范围是　　　V.
2.将标有“20 Ω　0.3 A”的电阻R1与标有“10 Ω　0.2 A”的电阻R2串联后接到电源的两端,则为保证两者的安全,电源电压最大为　　　　V,电路中的电流最大为　　　　A;若将两者并联后接到电源的两端,则为保证两者的安全,电源电压最大为　　　　V,干路中的电流最大为　　　　A.
3.[2019·宿迁改编] 如图所示,电源电压为6 V保持不变,定值电阻R1标有“10 Ω　0.5 A”字样,滑动变阻器R2标有“20 Ω　1 A”字样,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~3 V,闭合开关S,下列做法能够保证电路安全的是 (　　)
　
A.电路中电流不超过0.6 A
B.R1两端电压不超过3 V
C.滑动变阻器连入电路的阻值变化范围为10~20 Ω
D.电压表的示数变化范围为1~3 V
4.如图所示,电源电压为4 V不变,R2为0~20 Ω的滑动变阻器,电流表的量程为0~0.6 A,闭合开关S,调节滑片,电流表的最小示数为0.3 A,求:
(1)R1的阻值.
(2)为保证电流表的安全,变阻器接入电路的阻值范围.
5.如图所示,电源电压U=6 V恒定不变,变阻器R2的阻值变化范围是0~20 Ω,当电压表示数为3.6 V时,电流表示数为0.3 A,求:
(1)定值电阻R1的阻值.
(2)若电压表量程为0~3 V,电流表量程为0~0.6 A,为保证两表安全,R2的阻值应在什么范围内变化.
(3)第(2)问中电流表和电压表示数的实际变化范围.
类型二　图像的识别与计算
　　方法诠释:(1)看清图像的横、纵坐标各代表什么物理量.(2)运用串联等流、并联等压,结合电路连接方式和图像特点寻找解题突破口.(3)有关实际应用的图像题要充分运用图像结合题目情境解决实际问题.
6.如图所示的电路中,电源电压不变,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器.闭合开关S,移动滑片P,多次记录电压表示数U和对应的电流表示数I,则中绘出的U-I关系图像正确的是 (　　)
7.[2019·淮安] 如图(a)所示是电阻甲和乙的I-U图像,图(b)(c)是它们的部分电路连接示意图,下列说法错误的是 (　　)
A.当电阻乙两端电压为2.5 V时,它的阻值和甲的阻值相等
B.图(b)中,当电压U为3 V时,乙的电阻为5 Ω
C.图(c)中,当电压U为2 V时,干路总电流为0.6 A
D.图(c)中,在电压U从0增大到2.5 V的过程中,通过甲、乙两电阻的电流之差先变大后变小
8.[2020-2021学年鼓楼区模拟] 如图甲所示,电源电压保持不变.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从a端滑到b端的过程中,R1、R2的U-I关系图像如图图乙所示.则下列判断正确的是 (　　)
A.图线I是电阻R1的U-I关系图像
B.电源电压为9 V
C.滑动变阻器R2的最大阻值为20 Ω
D.变阻器滑片在中点时,电压表V2示数为7.2 V
9.在如图甲所示的电路中,当开关S从2转到1时,根据电流表和电压表对应的示数,在U-I坐标中描绘了相对应的坐标点,如图图乙所示,电源电压是　　　　,电阻R1的阻值是　　　　,电阻R2的阻值是　　　　.
10.[2018·咸宁] 如图甲所示的电路中,电源电压恒定不变,图乙是小灯泡L和定值电阻R1的电流与电压的关系图像.当只闭合S1、S2时,电压表的示数为2 V;当只闭合S2、S3时,电压表的示数为4 V.则电源电压U=　　　　V,R2=　　　　　Ω.
11.[2019·鄂州] 某同学利用如图甲所示的电路进行探究,电源电压恒为9 V,更换5个定值电阻Rx,得到如图图乙所示的图像.
(1)该同学探究的是　　　　　　的关系.
(2)五次记录实验数据中,电压表的示数为　　　　.
(3)五次实验中滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是　　　　　　　.
答案
专题训练(十)
[动态电路安全问题和图像识别与计算]
1.变大　2~6　 滑片在最右端时,R1和R串联,电路中的电流最小,I===0.2 A,电压表的最小示数:U1=IR1=0.2 A×10 Ω=2 V.当滑片位于最左端时,电路为R1的简单电路,电压表测电源的电压,则电压表的最大示数为6 V.故在此过程中电压表示数的变化范围为2~6 V.
2.6　0.2　2　0.3
当将两电阻串联时,为保证两者的安全,电路中的电流最大为0.2 A,再根据该最大电流运用欧姆定律算出电源电压的最大值:U=I(R1+R2)=0.2 A×(20 Ω+10 Ω)=6 V;当将两电阻并联时,为保证两者的安全,电源电压的最大值U'=10 Ω×0.2 A=2 V,再由该最大电压运用欧姆定律算出干路电流的最大值:I'=+=+=0.3 A.
3.D　 因串联电路中各处的电流相等,且R1允许通过的最大电流为0.5 A,电流表的量程为0~0.6 A,滑动变阻器允许通过的最大电流为1 A,故电路中最大电流为0.5 A,所以A选项错误.因为电源电压为6 V,若R1两端电压不超过3 V,则电压表所测R2两端的电压必定超过3 V,所以B选项错误.当电压表的示数U2为最大值3 V时,电路中的电流,Imin====0.3 A,滑动变阻器接入电路中的电阻最大为:R滑===10 Ω.当电路中的电流为最大值0.5 A时,R1两端电压最大:U1大=I大R1=0.5 A×10 Ω=5 V,U2小=U总-U1大=6 V-5 V=1 V;电路中的总电阻:R总===12 Ω,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小为R2小=R总-R1=12 Ω-10 Ω=2 Ω.则滑动变阻器R2接入电路的阻值变化范围为2~10 Ω,电压表示数的变化范围为1~3 V,故C错误,D正确.
4.(1)当滑动变阻器连入电路的阻值最大时,电流表的示数最小,此时通过R2的电流为I2===0.2 A,则通过R1的电流为I1=I-I2=0.3 A-0.2 A=0.1 A,
R1的阻值为R1===40 Ω.
(2)电流表的量程为0~0.6 A,则干路中电流最大为I'=0.6 A.
由于并联电路中各支路互不影响,则R1支路中电流不变,则通过变阻器的最大电流为I2'=I'-I1=0.6 A-0.1 A=0.5 A.
变阻器接入电路的最小阻值:R2'===8 Ω.
则变阻器接入电路的阻值范围为8~20 Ω.
5.(1)R1====8 Ω.
(2)为保护电流表,根据I==≤0.6 A可得,R2≥2 Ω;
为保护电压表,由U2=R2×=R2×≤3 V可得,R2≤8 Ω,
所以R2的阻值变化范围为2~8 Ω.
(3)当R2=2 Ω时,电流表示数为最大值0.6 A,电压表示数为最小值U小=IR2=0.6 A×2 Ω=1.2 V;
当R2'=8 Ω时,电压表示数为最大值3 V,电流表示数为最小值I'===0.375 A;所以电流表示数的实际变化范围为0.6~0.375 A,电压表示数的实际变化范围为1.2~3 V.
6.A　 U2=U-IR1;U和R1为定值,所以电压表示数与电流表示数是一次函数关系.
7.B　 由图(a)可知,当电阻甲、乙两端电压为2.5 V时,通过两者的电流均为0.5 A,则由I=的变形式R=可知,电阻甲、乙的阻值相等,故A正确;图(b)中,两电阻串联,由图(a)可知,当电路中的电流I=0.2 A、U甲=1 V、U乙=2 V时,电压U为3 V,此时乙的电阻R乙===10 Ω,故B错误;图(c)中,两电阻并联,由图(a)可知,当电压U=2 V时,I甲=0.4 A、I乙=0.2 A,干路电流为0.6 A,故C正确;图(c)中,两电阻并联,由图(a)可知,在电压U从0增大到2.5 V的过程中,通过甲、乙两电阻的电流之差先变大后变小,故D正确.
8.D　 当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时,电路中的电流最大,R1两端的电压最大,R2两端的电压为0,由图像可知,Ⅰ为滑动变阻器R2的U-I关系图像,Ⅱ为电阻R1的U-I关系图像,故A错误;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,由U-I图像可知,电路中的最小电流I=0.3 A,R1两端的电压U1=3 V,R2两端的电压U2=9 V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源电压:U=U1+U2=3 V+9 V=12 V,故B错误;
由I=可得,R1的阻值:R1===10 Ω,滑动变阻器的最大阻值:R2===30 Ω,故C错误;变阻器滑片在中点时,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路中的电流:I'===0.48 A,电压表V2的示数:U2'=I'×=0.48 A×=7.2 V,故D正确.
9.6 V　10 Ω　20 Ω
由图可知,当开关接1时,电路中的电流为0.6 A,电压表示数为6 V,所以电源电压为6 V,电阻R1===10 Ω;当开关接2时,电路中的电流为0.2 A,电压表示数为2 V,所以电阻R2===20 Ω.
10.8　5　 由电路图可知,当只闭合S1、S2时,R1与L串联,电压表测灯泡两端的电压,由图像知,灯泡两端的电压为2 V时的电流为0.6 A,因为串联电路中电流处处相等,所以通过R1的电流也为0.6 A,此时它两端的电压为6 V,所以电源电压U=UL+U1=2 V+6 V=8 V;当只闭合S2、S3时,R2与L串联,电压表仍测灯泡两端的电压,灯泡两端的电压为4 V,由图像知,此时通过灯泡的电流为0.8 A,由串联电路特点可知,I2=IL=0.8 A,U2=U-UL'=8 V-4 V=4 V,由欧姆定律可得R2的阻值R2===5 Ω.
11.(1)电流与电阻　(2)5 V　(3)4~20 Ω
(1)由图乙可知,通过定值电阻的电流随其阻值的变化而变化,但电流和电阻的乘积不变,所以,该同学探究的是电流与电阻的关系.
(2)由图乙可知,记录的五次实验数据中,Ux=IRx=1.0 A×5 Ω=0.2 A×25 Ω=5 V,即电压表的示数为5 V,电源电压恒为9 V,则变阻器两端电压为4 V,由串联分压规律可知,变阻器连入电路的阻值与定值电阻的阻值之比恒定为4∶5,定值电阻最小为5 Ω,最大为25 Ω,所以5次实验中变阻器的阻值最小为4 Ω,最大为20 Ω.