教科版物理九年级上册课课练：第6章　电功率 专题训练 和电功率有关的动态电路的计算（有答案）

专题训练
[和电功率有关的动态电路的计算]
类型一　开关的开闭引起的动态电路的计算
方法诠释:通过开关的闭合与断开可以改变电路中电阻的连接方式,使电路的总电阻发生改变,由P=UI或P==I2R可计算出电路的电功率。
1.[2020·眉山] 如图图甲所示,电源电压不变,将小灯泡L和电阻R接入电路中,只闭合开关S1时,小灯泡L的实际功率为1 W。图乙是小灯泡L和电阻R的I-U图像。下列说法中正确的是(　　)
A.只闭合开关S1时,L的电阻为10 Ω
B.再闭合开关S2后,电路总功率为1.2 W
C.再闭合开关S2后,电流表示数增加0.5 A
D.再闭合开关S2后,在1 min内电阻R产生的热量是24 J
2.[2020·荆州] 如图图所示,电源电压和灯泡电阻不变,当闭合开关S2和S3,断开S1时,灯泡L正常发光;当闭合开关S1和S3,断开S2时,电压表示数为6 V,电流表示数为1.6 A;当只闭合开关S2时,灯泡L消耗的实际功率为其额定功率的,R1与R2消耗的功率之比为3∶1。则下列说法正确的是 (　　)
A.电源电压为10 V
B.灯泡L的额定功率为3.6 W
C.R2的阻值为15 Ω
D.当只闭合S2时,R1的电功率为1.2 W
3.[2020·广元] 如图图所示,灯泡L标有“6 V　3 W”字样(不考虑灯丝电阻变化),定值电阻R1=28 Ω,当开关S1、S2、S3全部闭合时,灯泡正常发光,电流表示数为0.75 A。求:
(1)电源电压U。
(2)定值电阻R0的大小。
(3)当S1闭合,S2、S3断开时,电路消耗的功率。
类型二　滑动变阻器滑片的移动引起的动态电路的计算
方法诠释:由于滑动变阻器滑片P的移动,导致变阻器接入电路的阻值变化,使电路中的电阻、电流和电压发生变化,从而导致电路的总功率和用电器的电功率发生变化。
在分析电功率的变化时,先确定电路中哪部分电路发生了变化,导致哪个量发生变化,最后利用电功率公式判断变化的结果。
4.[2020·达州] 小张在研究小灯泡电阻的实验中连成了如图图甲所示的电路,灯L标有“6 V　3 W”的字样,电源电压保持不变。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P从最左端移至最右端的过程中,电压表的示数变化范围是4 V~0,电流表的示数变化范围是0.2~0.5 A,得到灯泡的U-I图像如图图图乙所示。下列结果不正确的是 (　　)
A.灯L正常发光时的电阻为12 Ω
B.电源电压为6 V
C.滑动变阻器的最大阻值为24 Ω
D.整个电路的最大功率是3 W
5.[2020·重庆] 中电源电压为6 V并保持不变,定值电阻R的阻值为10 Ω,滑动变阻器R'标有“20 Ω　0.5 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,移动滑片P的过程中,为保证电路元件安全,滑动变阻器R'接入电路的最小阻值为　　　　Ω,定值电阻R的最大功率为　　　　W。
　　
6.[2020·广安] 如图图所示,电源电压恒定不变,灯泡L上标有“6 V　3.6 W”的字样(灯泡电阻受温度的影响忽略不计)。R1=30 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为50 Ω,当S、S1闭合,S2断开且滑片P在b端时,电流表的示数为0.2 A。求:
(1)灯泡正常工作时的电阻。
(2)电源电压。
(3)断开S1,闭合S、S2,调节滑动变阻器的滑片,电阻R1消耗的电功率变化范围。
7.[2020·湖州] 方方用如图图甲所示电路研究电功率和电流的关系,绘制了定值电阻R0、滑动变阻器R的功率与电流的关系图像,如图图图乙所示。
(1)实线表示的是　　　　(选填“R”或“R0”)的功率与电流的关系。
(2)求R0的阻值。(写出计算过程)
(3)当电流表示数为0.5 A时,求R消耗的功率。(写出计算过程)
类型三　敏感电阻引起的动态电路的计算
方法诠释:解决与敏感电阻有关的问题时,可以将敏感电阻看成滑动变阻器,利用“滑动变阻器滑片的移动引起的动态电路的计算”的方法进行分析。
8.[2020·荆门] “开车不饮酒,酒后不开车”是每一位司机都必须遵守的交通法规。甲是气体中酒精浓度测试仪的原理图,电源电压U=12 V,R1是气敏电阻,其阻值随气体中酒精浓度的变化规律如图图图乙所示。气体中酒精浓度大于或等于20 mg/100 mL、小于80 mg/100 mL为酒驾,大于或等于80 mg/100 mL为醉驾。测试仪使用前应先调零,即当气体中酒精浓度为0时,调节滑动变阻器R2的滑片,使电压表示数U1=10 V,调零后R2的滑片位置保持不变。求:
(1)调零后R2接入电路中的阻值。
(2)当U1=10 V时,R1消耗的电功率。
(3)在某次检测中,电流表示数为0.3 A,试通过计算分析,判断该司机属于酒驾还是醉驾。
答案
1.D　 只闭合开关S1时,电路为小灯泡L的简单电路,此时小灯泡L的实际功率为1 W,由图像可知,当UL=2 V时,IL=0.5 A,其实际功率为PL=ULIL=2 V×0.5 A=1 W,则电源的电压U=UL=2 V,由I=可得,小灯泡L的电阻:RL===4 Ω,故A错误;
再闭合S2后,R与L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,所以,R两端的电压也为2 V,由图像可知,此时通过R的电流为0.2 A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,干路电流为I=IR+IL=0.2 A+0.5 A=0.7 A,
电路总功率:P=UI=2 V×0.7 A=1.4 W,故B错误;
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,再闭合开关S2后,通过L的电流不变,则电流表示数的增加量即为通过R的电流,其大小为0.2 A,故C错误;
再闭合开关S2后,在1 min内电阻R产生的热量:QR=WR=UIRt=2 V×0.2 A×60 s=24 J,故D正确。
2.B　 当闭合开关S2和S3,断开S1时,等效电路如图图图甲所示;当闭合开关S1和S3,断开S2时,等效电路如图图图乙所示;当只闭合开关S2时,等效电路如图图图丙所示。
由图乙可知,电源的电压U=6 V,故A选项错误;根据I=可得,总电阻R并===3.75 Ω,则:=3.75 Ω①。图丙中,根据串联电路中电流处处相等和P=I2R可知:R1∶R2=∶=P1∶P2=3∶1②。解①②可得:R1=15 Ω,R2=5 Ω,故C选项错误。由图甲可知:U额=U=6 V;图丙中,根据P=可知灯泡的实际电压:U实===×U额=×6 V=2 V,根据串联电路的总电压等于各分电阻两端的电压之和可得:U12=U-U实=6 V-2 V=4 V,则串联电路中的电流:I串===0.2 A;所以,灯泡L的额定功率:P额=9P实=9U实I串=9×2 V×0.2 A=3.6 W,故B选项正确。图丙中,R1的电功率为P1=R1=(0.2 A)2×15 Ω=0.6 W,故D选项错误。
3.(1)当开关S1、S2、S3均闭合时,R1短路,灯L与R0并联,电流表测干路电流,因为灯L正常发光,则有电源电压:U=UL=U0=6 V。
(2)由P=UI得,小灯泡正常发光时,通过小灯泡的电流:IL===0.5 A,
根据并联电路电流的规律知,通过R0的电流为I0=I-IL=0.75 A-0.5 A=0.25 A;
由I=可得,定值电阻R0的阻值:R0===24 Ω。
(3)当开关S1闭合,S2和S3断开时,灯L与R1串联,小灯泡电阻:RL===12 Ω,
电路总电阻:R总=RL+R1=12 Ω+28 Ω=40 Ω,
电路消耗的功率:P===0.9 W。
4.C　 灯L标有“6 V　3 W”的字样,由P=UI得,灯L的额定电流为IL===0.5 A,
由欧姆定律得,灯L正常发光时的电阻为
RL===12 Ω,故A正确。
变阻器连入电路的电阻为0,电路的电流最大时,由图知,对应的灯L两端电压即为电源电压,故电源电压为6 V,故B正确;
当电路的电流最小时,变阻器连入电路的电阻最大,由串联电路的规律及欧姆定律可得:
R滑大===20 Ω,故C错误;
当电路的电流最大时,电路的最大功率为P=UI大=6 V×0.5 A=3 W,故D正确。
5.10　0.9　 由电路图可知,R与R'串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。
(1)电压表量程为0~3 V,所以定值电阻R两端的最大电压为UR=3 V,
此时滑动变阻器两端的电压为UR'=U-UR=6 V-3 V=3 V;
电路中电压表示数最大时,电流最大,此时电路中的最大电流为I===0.3 A;
滑动变阻器R'接入电路的最小阻值为R'===10 Ω。
(2)定值电阻R的最大功率:P=URI=3 V×0.3 A=0.9 W。
6.(1)由P=UI得,灯泡的额定电流为IL===0.6 A;根据欧姆定律得,灯泡正常工作时的电阻:RL===10 Ω。
(2)当S、S1闭合,S2断开且滑片P在b端时,L与变阻器(最大电阻接入电路)串联,电流表测电路的电流,电流表的示数为0.2 A,根据串联电阻的规律及欧姆定律得,电源电压为U=I(RL+R2)=0.2 A×(10 Ω+50 Ω)=12 V。
(3)断开S1,闭合S、S2,R1与变阻器串联,电流表测电路的电流,当变阻器滑片移动到b端时,变阻器连入电路的电阻最大,由电阻的串联和欧姆定律得,通过R1的最小电流为I小===0.15 A,
故电阻R1消耗的最小电功率:P小=R1=(0.15 A)2×30 Ω=0.675 W;
当变阻器滑片移动到a端时,电路为R1的简单电路,通过R1的最大电流为I大===0.4 A,
故电阻R1消耗的最大电功率:
P大=UI大=12 V×0.4 A=4.8 W;
则电阻R1消耗的电功率变化范围为0.675~4.8 W。
7.(1)R0
(2)由图乙中R0的功率与电流关系图像可知,I=2 A时,P0=32 W,由P=I2R可得,R0的阻值:R0===8 Ω。
(3)由电路图可知,定值电阻R0与滑动变阻器R串联,电流表测电路中的电流,当滑动变阻器R连入电路的阻值为0时,电路中电流最大,由图像知此时的电流I=2 A,由P=UI可得,电源电压:U=U0===16 V;
则当电路中电流I'=0.5 A时,R0两端电压:U0'=I'R0=0.5 A×8 Ω=4 V,
由串联电路特点知,此时R两端电压:UR=U-U0'=16 V-4 V=12 V,
R消耗的功率:PR=URI'=12 V×0.5 A=6 W。
8.(1)由图甲可知,R1、R2串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路的电流,由图乙可知,当气体中的酒精浓度为0时,R1=100 Ω,此时电路中的电流:I===0.1 A,根据串联电路电压的规律及欧姆定律得,
R2====20 Ω。
(2)R1消耗的电功率:P1=U1I=10 V×0.1 A=1 W。
(3)当电流表示数为0.3 A时,由欧姆定律得,电路的总电阻:R'===40 Ω,由电阻的串联规律得,气敏电阻的阻值为R1'=R'-R2=40 Ω-20 Ω=20 Ω,由图乙知,当气敏电阻的阻值为20 Ω时,气体中的酒精浓度为80 mg/100 mL,可知该司机属于醉驾。