苏科版物理九年级下册课课练：提升训练：和电功率相关的安全电路、最值、范围问题（含答案）

和电功率相关的安全电路、最值、范围问题]
一、选择题
1.已知甲、乙两变阻器分别标有“50 Ω　1 A”和“20 Ω　2 A”字样,若把它们并联接在某可调电源上,则该电路消耗的最大功率是 (　　)
A.70 W B.112 W C.120 W D.150 W
2.如图图所示,电源电压为4.5 V且保持不变,定值电阻R0为10 Ω,滑动变阻器R的规格为“20 Ω　2 A”,电流表和电压表的量程分别选择“0~0.6 A”和“0~3 V”.闭合开关S,电路正常工作时,下列叙述正确的是 (　　)
A.电流表示数的最大值为0.6 A
B.电压表示数的最小值为1.5 V
C.定值电阻R0的电功率最大可达1.8 W
D.滑动变阻器阻值的变化范围为5~10 Ω
3.如图图甲所示为一个超声波加湿器,如图图图乙所示为其内部湿度监测装置的简化电路图.已知电源电压为12 V,定值电阻R0的阻值为30 Ω,电流表的量程为0~200 mA,电压表的量程为0~9 V.湿敏电阻R的阻值随湿度RH变化的关系图像如图图图丙所示,其阻值最大为120 Ω(图中未画出).则在电路安全工作的前提下,计算可得出 (　　)
A.通过R的电流最小值为80 mA
B.R电功率的最大值为0.9 W
C.R0电功率的最小值为0.3 W
D.该装置能监测的湿度最大值为90%
4.[2020·天水]如图图甲所示,电源电压为12 V保持不变,闭合开关S后,在滑片P从最右端向最左端滑动的过程中,小灯泡的I-U关系图像如图图图乙所示,最后小灯泡正常发光.下列说法中正确的是 (　　)
A.小灯泡的额定电压为3 V B.滑动变阻器的最大阻值为9 Ω
C.该电路总功率的变化范围为3~24 W D.小灯泡正常发光1 min,电流所做的功为24 J
5.[2020·泰州]如图图甲所示电路,电源电压恒为6 V,滑动变阻器R的规格为“25 Ω　1 A”,电流表量程选择“0~0.6 A”,电压表量程选择“0~3 V”,小灯泡上标有“4.5 V　0.3 A”字样,其I-U图像如图图图乙所示,闭合开关S,为保证电路安全,在移动滑片P的过程中,下列说法正确的是(　　)
A.电路的最大功率是3.6 W B.小灯泡的最小功率是0.75 W
C.电流表的最小示数是0.15 A D.电流表的最大示数是0.4 A
6.[2020·连云港]如图图甲所示电路中,R为定值电阻,R1为滑动变阻器.图乙是该滑动变阻器滑片从一端移至另一端过程中变阻器的电功率与其电阻的关系图像.下列说法正确的是(　　)
A.电源电压为3 V
B.电压表的最大示数为2 V
C.整个电路的功率变化了0.1 W
D.电流表的示数变化了0.4 A
二、填空题
7.如图图所示电路中,电源电压为3 V且保持不变,小灯泡L的规格为“6 V　3.6 W”,滑动变阻器的最大阻值R'=20 Ω.当开关S闭合后,在滑动变阻器的滑片由A端移动到B端的过程中,电流表示数的变化范围是　　　　　　　,小灯泡L实际功率的变化范围是　　　　　　.(假定灯丝电阻不受温度影响)
8.如图图所示的电路中,不计温度对灯丝电阻的影响,电源电压保持不变.当在a、b间接一个“6 V　6 W”的灯泡L1时,闭合开关,灯L、L1均能正常发光;断开开关,在a、b间换接一个“6 V　12 W”的灯泡L2后,再闭合开关,L的亮度变　　　　(选填“亮”或“暗”),L2消耗的实际功率
　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)12 W.若只把L1、L2串联,它们两端允许加的最大电压为　　　　V.
9.如图图甲所示电路中,电源电压恒定,R0为定值电阻,R1为滑动变阻器.图乙是该滑动变阻器消耗的电功率与电流关系的图像.该滑动变阻器的最大阻值是　　　　Ω,滑动变阻器消耗的最大功率是　　　　W.
三、解答题
10.如图图所示的电路中,电源电压保持6 V不变,电流表使用0~0.6 A的量程,滑动变阻器R'上标有“20 Ω　1 A”字样,电阻R的阻值为8 Ω.闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,求:
(1)当电流表的示数为0.4 A时,电路消耗的总功率.
(2)当电流表的示数为0.4 A时,R'接入电路的阻值.
(3)为了保证电路安全,滑动变阻器允许接入电路的阻值变化范围是多少.
11.[2020·南通]如图图所示电路,电源电压为12 V,灯泡L的规格为“6 V　3 W”,滑动变阻器R1上标有“20 Ω　1 A”的字样,R2=10 Ω,电流表量程为0~3 A.将开关S闭合,S1、S2断开,调节变阻器滑片P的位置使灯泡正常发光.
(1)求灯泡正常发光时的电阻.
(2)求滑动变阻器10 s内消耗的电能.
(3)将开关S、S1、S2都闭合,移动滑片P且电路安全,求R1与R2功率之比的最大值.
答案
1.C　 甲、乙两变阻器两端允许加的最大电压分别为
U甲=I甲R甲=1 A×50 Ω=50 V,U乙=I乙R乙=2 A×20 Ω=40 V,
则电路两端允许加的最大电压U最大=U乙=40 V,
调节甲变阻器(由欧姆定律,当变阻器连入的电阻:R甲'===40 Ω时)使通过甲变阻器的电流最大为1 A,并调节乙变阻器(同理,R乙'=20 Ω)使通过乙变阻器的电流最大为2 A,此时电路中电流最大,干路中允许通过的最大电流:I最大=I1+I2=1 A+2 A=3 A,
则该电路消耗的最大功率:P总最大=U最大I最大=40 V×3 A=120 W.
2.B　 当电压表的示数U0=3 V时,电路中的电流:I===0.3 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,变阻器允许通过的最大电流为2 A,所以,电路中的最大电流为0.3 A,此时定值电阻R0的电功率最大为P=UI=3 V×0.3 A=0.9 W.故A、C错误;此时电路中的总电阻:R总===15 Ω,所以,变阻器接入电路中的最小阻值:R小=R总-R0=15 Ω-10 Ω=5 Ω,则滑动变阻器阻值变化范围为5~20 Ω,故D错误;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电压表的示数最小,所以,电路中的最小电流:I小===0.15 A,电压表的最小示数:U0'=I小R0=0.15 A×10 Ω=1.5 V,所以,电压表示数的最小值为1.5 V,故B正确.
3.C　 由图可知,定值电阻R0与湿敏电阻R串联,电压表测量湿敏电阻R两端的电压,电流表测量电路中的电流;若湿敏电阻R的阻值最大为120 Ω,此时电路中的电流最小,则此时最大总电阻:R总=R0+R最大=30 Ω+120 Ω=150 Ω,所以电路最小电流:I最小===0.08 A=80 mA;此时湿敏电阻R两端的电压:UR=I最小R最大=0.08 A×120 Ω=9.6 V>9 V,由于电压表的量程为0~9 V,则电流为80 mA时湿敏电阻R两端的电压会超过电压表的最大测量值,所以电路中的最小电流大于80 mA,故A错误.
由欧姆定律可得,电路中的电流I=,则湿敏电阻R的电功率:
PR=I2R=2R===,
所以,当R=R0=30 Ω时,R的电功率PR最大,则PR最大===1.2 W,故B错误.根据串联电路的分压原理可知,湿敏电阻R的阻值越大,其两端的电压也越大,由于电压表的量程为0~9 V,则湿敏电阻R两端的电压最大为9 V,此时湿敏电阻R的阻值最大,电路中的电流最小;根据串联电路总电压等于各电阻两端的电压之和可知,R0两端的电压:U0最小=U-UR最大=12 V-9 V=3 V,则R0的最小电功率:P0最小===0.3 W,故C正确.湿敏电阻R两端的电压最大为9 V,电路中的电流:I最小===0.1 A,
根据欧姆定律可知,R的最大电阻:
R最大===90 Ω;由图乙可知,能监测的湿度最大值为80%,故D错误.
4.B　 灯泡L与滑动变阻器R串联,当滑片P位于最左端时,小灯泡正常发光,变阻器接入电路的电阻为零,通过灯泡的电流最大,由图乙可知,灯泡两端的电压为12 V,即小灯泡的额定电压为12 V,故A错误;
当滑片P位于最右端时,变阻器接入电路中的电阻最大,电路的电流最小,由图乙可知,灯泡两端的电压UL=3 V,电路中的电流I=IL=1 A,滑动变阻器两端的电压:UR=U-UL=12 V-3 V=9 V,滑动变阻器的最大阻值:R===9 Ω,故B正确;
当滑片P位于最左端时,电路为小灯泡的简单电路,电路中的电流最大,电路的总功率最大,由图乙可知,通过灯泡的电流IL额=2 A,则P大=PL额=UL额IL额=12 V×2 A=24 W,当滑片P位于最右端时,变阻器接入电路中的电阻最大,电路的电流最小,电路的总功率最小,由图乙可知,电路中的电流I=IL=1 A,则P小=UI=12 V×1 A=12 W,所以,该电路总功率的变化范围为12~24 W,故C错误;
小灯泡正常发光1 min,由P=可得,电流所做的功:WL=PL额t=24 W×60 s=1440 J,故D错误.
5.B　 由图可知,小灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,电流表测量电路中的电流;由题意可知,为保证电路安全,电路中允许通过的最大电流是0.3 A,即电流表的最大示数是0.3 A,电路的最大功率是:P=UI=6 V×0.3 A=1.8 W,故A、D错误;由串联电路的分压特点可知,当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,滑动变阻器两端的电压最大,灯泡两端的电压最小,而且此时流过小灯泡的电流也最小,即电流表的示数最小;即当电压表的示数为3 V时,小灯泡的电功率最小,此时小灯泡两端的电压:UL=U-U滑=6 V-3 V=3 V,由图乙可知,此时流过小灯泡的最小电流是0.25 A,小灯泡的最小功率:PL=ULIL=3 V×0.25 A=0.75 W,故B正确、C错误.
6.D　 由图可知,当滑片在最左端时,R1全部接入电路并与R串联,电压表测R1两端的电压,由图乙可知,变阻器的最大阻值是20 Ω,其对应的功率是0.8 W,由串联分压可知,变阻器两端的电压最大,电压表的最大示数===4 V,
电路中的最小电流:I最小===0.2 A.变阻器消耗的电功率:P=I2R=2R==.
由上式可知,当R=R1=10 Ω时,R1消耗的电功率最大,由图可知,此时变阻器的最大功率=0.9 W,
此时电路中的电流:I===0.3 A,
电源电压:
U=I(R+R1)=0.3 A×(10 Ω+
10 Ω)=6 V.
当变阻器的滑片移到最右端时,只有R接入电路,电路中的最大电流:
I最大===0.6 A.
电流表的示数变化了ΔI=I最大-I最小=0.6 A-0.2 A=0.4 A,故A、B错误,D正确;
整个电路功率的变化量ΔP=UΔI=6 V×0.4 A=2.4 W,故C错误.
7.0.3~0.1 A　0.9~0.1 W
小灯泡的电阻为RL===10 Ω.
当滑片P处于A端时,电路为小灯泡L的简单电路,
电路中的最大电流为I最大===0.3 A,
小灯泡的最大实际功率为P最大=RL=(0.3 A)2×10 Ω=0.9 W.
当滑片P处于B端时,小灯泡L和滑动变阻器串联,电路中的电流最小,为I最小===0.1 A,小灯泡的最小实际功率为P最小=RL=(0.1 A)2×10 Ω=0.1 W.所以在滑动变阻器的滑片由A端移动到B端的过程中,电流表示数的变化范围是0.3~0.1 A,小灯泡L的实际功率变化范围是0.9~0.1 W.
8.亮　小于　9　　9.50　3.6
10.(1)电路消耗的总功率:
P=UI=6 V×0.4 A=2.4 W.
(2)电路中的总电阻:
R总===15 Ω,
R'接入电路的阻值:
R'=R总-R=15 Ω-8 Ω=7 Ω.
(3)电路中的最大电流I大=0.6 A,此时电路中的总电阻:R总'===10 Ω,
所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:
R小=R总'-R=10 Ω-8 Ω=2 Ω,
当滑动变阻器接入电路的阻值最大为20 Ω时,电流最小,各元件是安全的,因此滑动变阻器允许接入电路的阻值变化范围是2~20 Ω.
11.(1)灯泡正常发光时的电阻:RL===12 Ω.
(2)由题图,当开关S闭合,S1、S2断开时,灯泡L与滑动变阻器R1串联,
滑动变阻器两端的电压:
U1=U-U额=12 V-6 V=6 V,
通过滑动变阻器的电流:I=IL===0.5 A,
则滑动变阻器10 s内消耗的电能:
W=U1It=6 V×0.5 A×10 s=30 J.
(3)当开关S、S1、S2都闭合时,灯泡L短路,R1与R2并联,
R2消耗的功率:P2===14.4 W;
由题意可知,通过R1的最大电流:
I1大=I'-I2=3 A-=1.8 A>1 A,故通过R1支路的实际最大电流I1大'=1 A,则滑动变阻器消耗的最大功率:P1大=UI1大'=12 V×1 A=12 W,
所以当R1消耗的功率最大时,R1与R2功率之比最大,最大值为=.