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电路 培优
一.选择题(共22小题)
1.有关下列实验的说法正确的是( )
A.探究电流与电阻的关系,多次移动滑片是为了求平均值减小误差
B.探究电流与电压的关系,多次移动滑片是为了保持电压不变
C.伏安法测电阻,多次移动滑片是为了避免偶然性以探寻普遍规律
D.伏安法测电阻与探究电流与电压的关系、探究电流与电阻的关系,实验电路相同
2.如图所示,是电学中常见的电路图,在A、B两点间分别接入下列选项中加点字的元件,并进行对应实验,对滑动变阻器在此实验中的作用描述正确的是( )
A.探究电流与电阻的关系——改变定值电阻两端电压,多次测量减少误差
B.探究电流与电压的关系——必须调节电阻两端电压成倍数变化
C.测量定值电阻的阻值——多次测量求平均值,减小误差
D.测量小灯泡的电阻——改变小灯泡两端电压,求小灯泡电阻的平均值
3.某学生在做测定小灯泡电阻的实验中,将正常的电流表、电压表接入电路,当闭合开关后,发现电流表有读数,电压表读数为零,移动滑动变阻器滑片时电流表读数有变化,电压表读数始终为零,其原因可能是( )
A.滑动变阻器接触不良 B.开关接触不良
C.小灯泡短路 D.灯泡的钨丝断了
4.如图所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向左移动,下列说法中正确的是( )
A.电压表的示数不变,电流表A1的示数变大
B.电压表的示数变大,电流表A1的示数变大
C.电流表A1的示数和电流表A2的示数同时变小
D.电流表A1的示数和电流表A2的示数同时变大
5.如图是小科利用实验室常用仪器,设计测量未知电阻Rx阻值的四种电路,电源电压恒定且未知,R0是已知阻值的定值电阻,滑动变阻器R最大阻值未知,实验中只能闭合或断开开关及移动滑动变阻器滑片,其中能够测量出Rx阻值的电路( )
A.只有① B.只有② C.只有②③ D.只有②③④
6.在如图所示的电路中,电阻R2<R1,若保持电路的总电压不变,那么为了使通过R1的电流稍增大一点,可采用的措施是( )
A.与R2并联一个比R2小得多的电阻
B.与R2并联一个比R2大得多的电阻
C.与R2串联一个比R2小得多的电阻
D.与R2串联一个比R2大得多的电阻
7.如图所示,电源电压恒定,R0是定值电阻,闭合开关S,将滑动变阻器滑片调到适当位置,电流表A示数为I1,电压表V示数为U1;再将滑动变阻器滑片向右移动少许,电流表A示数为I2,电压表V示数为U2,则( )
A.I1<I2,U1<U2 B.I1>I2,U1>U2
C., D.,
8.光照射某种光敏电阻时,其阻值会减小。某同学利用该特性设计了一个计数装置,用于模拟测试中考跳绳次数,其电路如图甲所示,电源电压恒为12V,R0为阻值20Ω的定值电阻,RT为光敏电阻,没有红外线照射时,信号记录仪记录到电压变化便计数一次。该同学进行模拟测试时,信号记录仪记录的电压随时间变化的图象如图乙所示,则( )
A.有红外线照射RT时,信号记录仪记录的电压是2V,RT=10Ω
B.有红外线照射RT时,信号记录仪记录的电压是8V,RT=100Ω
C.绳子挡住红外线时,信号记录仪记录的电压是8V,RT=10Ω
D.绳子挡住红外线时,信号记录仪记录的电压是2V,RT=100Ω
9.如图所示,有一电路暗盒,盒内有一电源和一定值电阻,A、B、C为表面的三个接线柱。现有一实验灯泡的红、蓝两线头分别去接触三个接线柱,测试结果如下表所示,则下列判断中正确的是( )
实验次数 实验过程 实验现象(灯泡发光情况)
1 红线头接A接线柱 蓝线头接C接线柱 正常发光
蓝线头接B接线柱 不亮
2 红线头接B接线柱 蓝线头接C接线柱 灯光暗淡
蓝线头接A接线柱 不亮
A.A、B间连接的是电阻;A、C间连接的是电源 B.B、C间连接的是电阻;A、C间连接的是电源
C.B、C间连接的是电阻;A、B间连接的是电源 D.A、C间连接的是电阻;B、C间连接的是电源
10.如图所示电路中,电源电压不变,当开关S断开,甲、乙两表为电流表时,两表的示数之比I甲:I乙=3:5,当开关S闭合时,甲、乙两表为电压表时,两表的示数之比为U甲:U乙为( )
A.2:5 B.3:2 C.5:2 D.5:3
11.在如图所示的电路中,总电流I=1.0A,R1=2R2=2R3,则下列对通过R2的电流的判断正确的是( )
大小为0.20A,方向向右 B.大小为0.20A,方向向左
C.大小为0.40A,方向向右 D.大小为0.40A,方向向左
12.在如图所示的电路中,无论电路中的电阻如何变化,设定流入电路的总电流I始终保持恒定。当变阻器R0的滑动触头向上滑动时,电压表V、电流表A的示数变化量分别为ΔU、ΔI,则||( )
A.R1 B.R2 C.R1+R2 D.R2﹣R1
13.如图所示,三个定值电阻R1、R2、R3的电阻值均不相等,在A、B之间接一个电源,在C、D之间接一个电流表,电流表的示数为I,现将电源、电流表的位置互调,则电流表的示数( )
A.增大 B.减小
C.不变 D.以上均有可能
14.某校实验小组设计了一种自动记录跳绳次数的装置,其简化电路如图甲所示。AB间接信号记录仪,R0是定值电阻,R′是一种光敏元件,当R′接收不到红外线时,其电阻会变大,信号记录仪会计数一次,已知电源电压为6V,AB间的电压随时间变化的图像如图乙所示,则下列说法正确的是( )
A.AB两端电压为3V时,信号记录仪计数一次 B.绳子遮挡红外线时,R′和R0的阻值相等
C.R′接收到红外线时,R′的阻值是R0的3倍 D.绳子遮挡红外线时,R′的阻值会增加1.5倍
15.小敏利用“压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小”的性质,设计了判断物体运动状态的装置。其工作原理如图(a)所示,电源、电流表、定值电阻和压敏电阻由导线连接成一个串联电路,压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个可活动的绝缘球,压敏电阻不受力时,电流表示数为I0,小车运动状态变化会引起电流表示数变化。如图(b)所示是某次小车向右做直线运动时电流随时间变化图像。下列有关该次小车运动状态的判断正确的是( )
A.0到t1时间内,小车速度变大 B.t1到t2时间内,小车速度不变
C.t2到t3时间内,小车速度不变 D.t3到t4时间内,小车速度变大
16.如图为大型电子地磅的电路图,电源电压为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力作用下使滑片P下滑,滑动变阻器有效电阻变小,电流变大,这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为L,其最大阻值与定值电阻R0阻值相等,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流大小I的关系为( )
A.G=2kL﹣ B.G=kL C.G=+kL D.G=kIL
17.有一种半导体材料的电阻值随着温度的变化如下表所示:用这种材料制成的热敏电阻与电压表等元件连成如图电路。电源电压为6伏,电压表量程为0~3伏,R0阻值为500欧。若把电压表的刻度盘改为指示水温的刻度盘,则下列说法正确的是( )
t/℃ 0 20 40 60 80 100
R/欧 500 380 300 250 220 200
A.水温刻度均匀,环境温度越高,对应电压表读数越小
B.水温刻度不均匀,环境温度越高,对应电压表读数越大
C.水温刻度盘上的100℃与电压表1伏对应
D.水温刻度盘上的0℃与电压表3伏对应
18.如图所示,变阻器的电阻丝MN间的总电阻为R,滑片P从M点向右移动到N的过程中,a、b两点间的电阻的变化情况是( )
A.电阻由0增大到R B.电阻由0增大到
C.电阻由0增大到,再减小到0,最大值为
D.电阻由0增大到,再减小到0,最大值为
19.在如图所示电路中,闭合开关S后,在滑片P向右滑动过程中,各电表示数变化正确的是( )
A.A1、A3示数不变,A2、V示数变小 B.A1、V示数不变,A2、A3示数变大
C.A1、A2、V示数不变,A3示数变小 D.A2、V示数不变,A1示数变小,A3示数变大
20.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,R0、R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端时,闭合电键S,三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向b端移动,则三个电表示数的变化情况是( )
A.I1增大,I2不变,U增大 B.I1减小,I2增大,U减小
C.I1增大,I2减小,U增大 D.I1减小,I2不变,U减小
21.如图甲所示是电阻A和B的I﹣U图像,乙、丙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B两端的电压为2.5伏时,它的阻值和A的阻值相等
B.图乙中,当电压U为3伏时,B的电阻为5欧
C.图丙中,当电压U为2伏时,干路总电流为0.6安
D.图丙中,在电压U从0增大到2.5伏的过程中,通过A、B两电阻的电流之差先变大后变小
22.如图甲所示,电源电压U0保持不变,滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比;开关闭合前,滑动变阻器的滑片P在最右端,闭合开关后,滑片P向左滑动,电压表示数U、电流表示数I与滑动距离x的关系如图乙、图丙所示下列说法正确的是( )
A.x在0~6厘米内,滑动变阻器的电阻丝可能发生了短路 B.U0为15V
C.该滑动变阻器在不出现故障的情况下,最大电阻为30Ω D.定值电阻R1为4Ω
二.填空题(共7小题)
23.两只定值电阻,甲标有“10Ω 1A”,乙标有“15Ω 0.6A”,把它们串联在同一电路中,电路中允许通过的最大电流为 A,两端允许加的最大电压为 V。
24.在图所示电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电压表V1的示数将 (选填“变小”、“不变”或“变大”);电压表V1示数与电压表V2示数的差值跟电阻R两端电压的比值 (选填“大于1”、“等于1”或“小于1”)。在滑片移动的过程中,观察到两表示数之差从6V变到9V,电流表的示数变化了0.3A,则电阻R1= Ω。
25.如图1所示的电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,电源电压不变。闭合开关S后,滑片P从a端移动到b端,电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图2所示,则电源电压为 V,R2的最大阻值为 Ω。
26.某同学为探究电流和电压关系,设计了如图所示的电路。图中电流表量程为“0~0.6A”,电压表量程为“0~3V”,定值电阻规格为“10Ω 0.3A”,滑动变阻器规格为“20Ω 1A”,电源电压恒为4.5V。请回答:
(1)连接电路后,闭合开关前滑动变阻器滑片P应 。闭合开关后发现电流表有示数,电压表无示数,经检测发现电路中只有一处故障,则该故障可能是 。
(2)故障排除后,闭合开关重新进行实验。在保证电路安全的前提下,移动滑动变阻器的滑片P改变电阻R两端的电压,则滑动变阻器允许接入电路的最小阻值是 。
27.如图所示的电路中,电源电压为4.5V,且恒定不变,电压表的量程为0~3V,电流表的量程为0~0.6A,定值电阻R1的阻值为5Ω,滑动变阻器的最大阻值为50Ω.闭合开关S,移动滑片P,则滑动变阻器接入电路中的阻值变化范围为 Ω,电流表的示数变化范围为 A。
28.在如图甲的电路中,电源电压保持不变,R1为定值电阻。移动滑动变阻器R2的滑片P,电压表和电流表示数的U﹣I关系图象如图(乙),则电源电压为 ,变阻器的最大阻值为 。
29.小明想探究某电阻的阻值R,与温度t的关系,设计了如下图所示的电路,其中,定值电阻Ro=20欧,电源电压U=3伏。他把该电阻放在不同的温度下做实验,得到了不同温度下该电阻的阻值(如下表).
温度t(℃) 0 10 20 30 40
电阻阻值Rt(欧) 20 25 30 35 40
(1)由表中数据得出,该电阻的阻值Rt与温度t的数学关系式为 。
(2)通过计算说明,当温度为0℃时,小明观察到实验中电压表的示数为多少伏?
(3)在实验过程中,小明发现:温度较高时,随温度的上升,电压表示数变化不明显。经检查,电路连接正常,各元件没有损坏。你认为小明发现的情况可能是什么原因造成的? 。
三.实验探究题(共6小题)
30.小明同学设计了如图1所示的电路测电源电压及电阻R1和R2的阻值。实验器材有:待测电源E,待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V(量程为3V,内阻很大),电阻箱R(0﹣99.99Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。
(1)先测电阻R1的阻值。闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数r和对应的电压表示数U1,保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,读出电压表的示数U2。则电阻R1= 。(用上述测得的字母表示)
(2)小明同学已经测得电阻R1=4.8Ω,继续测电源电压和电阻R2的阻值。小明的做法是:闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了如图2所示的图线,则电源电压为 伏,电阻R2= 欧。
31.某小组同学在进行“伏安法”测电阻实验时,连接了如图甲所示的电路,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,多次测量并记录实验数据。小组同学将第一次实验测得的数据绘制成图乙中的a、b、c,发现电压表未调零。将电压表调零后,重做实验,第二次测量数据如图乙中的A、B、C。
(1)图丙是该小组在一次测量中的电流表指针位置,其示数为 安。
(2)分析图乙中的第二次测量数据,待测电阻的阻值是 欧。(结果保留一位小数)
(3)小组同学讨论发现,利用第一次的测量数据,能求出第一次实验中电压表接入电路前指针所指的刻度值,也能求出被测电阻的阻值。分析图乙,写出第一次实验电压表接入电路前指针所指的刻度值,并说明理由。 。
32.小科实验探究“电流与电压的关系”。实验的器材有:电压恒为3V的电源,一个“15Ω 2A”的滑动变阻器,5Ω、10Ω、15Ω、30Ω四个定值电阻,一个电压表,一个电流表,一个开关,若干导线等。如图是小科连接的实物图:
(1)小科用10Ω电阻进行实验,意外发现10Ω电阻已经损坏。他灵机一动,借助现有器材用巧妙的方法成功完成了实验探究。请说出小科所采用的方法: 。
(2)小科之后选用30Ω电阻并预设了电阻两端“1V”、“2V”、“2.5V”三个电压值进行实验,但计算后发现:若要达到这三个预设的电压值,滑动变阻器的最大阻值不得小于 Ω,小科仍想按这三个预设的电压进行实验,利用现有的这些器材,无需改变电源电压和更换滑动变阻器,小科只要 ,就能顺利完成实验。
(3)小科想到用此电路连接图来探究“电流和电阻的关系”,实验只需要多次改变电阻的大小,且保持 (填“电流表”或“电压表”)示数不变。
33.研习小组同学开展了“探究电流与电阻、电压的关系”实验。器材:电源(4.5V),滑动变阻器(20Ω 1A),定值电阻R(4Ω、6Ω、8Ω、10Ω、12Ω),开关、导线若干。
【实验一】探究“电流与电阻的关系”
小组同学连接了如图甲所示的电路进行实验。
次数 电压/V 电流/A
1 1.1 0.10
2 2.1 0.20
3 2.7 0.26
(1)图甲电路开关闭合后,电压表、电流表出现的现象是 ,判断电路存在故障。
(2)请帮忙找出图中错误的连线并画“×”,再补一根导线,使电路连接正确。
(3)依次改变定值电阻R的阻值,读取并记录相应电流值,根据实验数据在图乙的I﹣R坐标系中描绘出曲线A,并得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比。小东认为也可以将每次实验时记录的电流值和对应的变阻器Rp阻值也在图丙中描成点,连成曲线B。请判断曲线B与曲线A有无交点并说明理由 。
【实验二】探究“电流与电压的关系”
小组同学选择10欧定值电阻继续探究“电流与电压的关系”时,移动滑片多次实验得到相关数据如图丙。处理数据后发现不能得到与书本中一样的结论,讨论后认为是测量过程中某个电表没有调零。
(4)请推测:这个电表在未连入电路前的指针偏转情况可能是 。
34.某实验小组做“伏安法测量电阻”的实验,所用的器材有:电压为3V的电源,待测电阻Rx,以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、导线和开关。图(甲)是没有连接完整的实物电路。
(1)请你用笔画线代替导线将实物电路连接完整。
(2)连好电路闭合开关前,应将滑动变阻器滑片P置于 端(选填“最左”或“最右”)。
(3)实验中,闭合开关,移动滑片。电流表、电压表均无示数。为了检查电路故障,他们借助一根检测导线进行检测,当该导线两端分别接不同点时。对应的现象如下表所示。由此可以判断电路发生的故障是 。
检测导线接点 现象
a,b 电压表、电流表均无示数
a,c 电压表、电流表均无示数
a,d 电压表、电流表均有示数
c,d 电压表、电流表均有示数
(4)排除故障后进行实验,当电压表示数为2.4V时电流表的示数如图(乙)所示,这时电流为 A,他们利用此组数据即得出该待测电阻Rx的阻值,结束了实验。你认为他们这种做法有何不妥?答 。
35.小刚同学利用图甲所示的电路“探究电流与电压、电阻的关系”,所选择的器材有新干电池两节,5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻各一只,“30Ω 1A”的滑动变阻器电压表、电流表、开关各一只,导线若干。
(1)图乙是按照图甲连接的实物图,其中有一根导线连接错了,请你在接错的那根导线上画“×”,并用笔画线代表导线将电路连接正确(要求导线不能交叉)。
(2)小刚首先探究电流与电压的关系。以下实验步骤中正确且最合理的顺序是 。
①立即闭合开关,开始实验。
②将滑片移到最右端,再闭合开关。
③缓慢移动滑片,调节电压表示数依次为1.5V、2V、3V,并记下电流表示数。
④缓慢移动滑片,调节电压表示数依次为3V、2V、1.5V,并记下电流表示数。
⑤断开开关,分析数据,得出结论。
⑥更换不同阻值的定值电阻,再次改变3次电压表示数,并记下电流表示数。
A.①③⑤ B.②③⑤ C.②③⑥⑤ D.②④⑥⑤
(3)小刚继续探究电流与电阻的关系。他首先把5Ω电阻接入电路,缓慢移动滑片,直到使电压表指针如图丙所示,他又分别将10Ω、15Ω和20Ω的电阻接入电路进行实验,当 Ω的电阻接入电路后,无法将电压表示数调节到用5Ω的电阻进行实验时的控制电压值。为了用以上四个电阻都能完成实验,定值电阻两端所控制的电压应该不低于 V。
(4)实验结束后,小刚发现实验桌上有一个未知阻值的电阻Rx,小刚利用如丁图所示的电路测量未知电阻Rx的阻值。下列四个实验电路图,不能够得出定值电阻Rx阻值的电路是 。
四.计算题(共3小题)
36.老师给小宁一个暗箱,其表面有两个接线柱M、N,它们之间电阻值RMN恒定不变。小宁利用如图甲所示电路(电源电压不变)进行实验:在开关S、S1都闭合和开关S闭合、S1断开两种情况下,改变电阻箱R1的阻值,读取电流表示数,绘制了如图乙所示的电流表示数I随R1变化的曲线。由上述信息可知:
(1)电源电压U为 V。
(2)RMN为 。
(3)图乙中曲线 (填“A”或“B”)是根据开关S、S1都闭合时测得的实验数据绘制的。
(4)老师告诉小宁,暗箱的M、N之间只接有两个定值电阻:一个阻值为R0(R0值已知),另一个阻值未知,假设为Rx。求Rx的值。(用R0、RMN表示)
37.如图甲所示一种家庭水箱水位测量装置,电源电压18伏保持不变,电压表量程0~15伏,电流表量程0~3安,R0是阻值为10欧的定值电阻,R1是长20厘米、阻值为20欧的均匀电阻丝,滑片P把电阻丝与轻质弹簧的指针连在一起。圆柱体M长80厘米,底面积为200厘米2。当水位处于最高处时,M刚好浸没在水中,滑片P恰好在R1的最上端。轻质弹簧阻值忽略不计,M全部露出水面前,弹簧的伸长长度ΔL始终与受到的拉力F成正比,如图乙所示。
(1)当水位下降时,电路中示数增大的电表是 。
(2)当水位下降至某位置时,电压表示数为6伏,则圆柱体露出水面部分的长度为多少厘米?
(3)为了方便判断水箱中水量的多少,可在电流表的表盘上标注对应圆柱体露出水面部分的长度,根据上述信息,写出圆柱体露出水面部分的长度H与电流I的关系式H= 。
38.小科通过查阅资料了解到,航天科研人员采用如下方法检验“天宫二号”舱体的气密性。将待检验的舱体M置于一个不漏气的集气空腔N中,如图甲所示,先对舱体M充入压强为1.0×105Pa的空气,再把集气空腔N抽成真空,利用两个完全相同的压敏电阻RM、RN来测量舱体M和集气空腔N中的压强,压敏电阻RM、RN的阻值随气体压强变化的关系如表。已知舱体M的容积为V,集气空腔N真空部分的容积为4V,飞船舱门的面积是0.6m2,不计舱体M器壁的体积,整个过程温度不变。电路中R0的阻值为16Ω,电源电压为12V。请回答下列问题:
压敏电阻受到的气压(×105Pa) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
压敏电阻对应的电阻值(Ω) 50 40 30 22 15 12 10 8 6 5 4
(1)当开关与b相连,若电压表示数变大可判断舱体M漏气,请叙述理由。
(2)若舱门不漏气,且开关S接a时,电路中电流表的示数是多少?
(3)实验表明,一定质量的气体在温度不变的情况下,压强随体积的变化如图乙所示。若空气从舱体M中逸出,经过一定的时间后,M、N中的压强相等。若开关S接在b处,求此时整个电路消耗的总功率。
(4)在检验过程中的某时刻,开关接a时电压表的示数为Ua、压敏电阻RM的功率为PM,开关接b时电压表的示数为Ub、压敏电阻RN的功率为PN,若Ua:Ub=2:1,且PM:PN=6:5,则此时舱门内外受到的压力差为多少?
参考答案与试题解析
一.选择题(共22小题)
1.有关下列实验的说法正确的是( )
A.探究电流与电阻的关系,多次移动滑片是为了求平均值减小误差
B.探究电流与电压的关系,多次移动滑片是为了保持电压不变
C.伏安法测电阻,多次移动滑片是为了避免偶然性以探寻普遍规律
D.伏安法测电阻与探究电流与电压的关系、探究电流与电阻的关系,实验电路相同
【解答】解:A.探究电流与电阻的关系,多次移动滑片是为了保持导体两端的电压不变,故A错误;
B.探究电流与电压的关系实验,滑动变阻器的作用主要是改变导体两端的电压,故B错误;
C.伏安法测电阻实验中,多次测量是为了取平均值减小误差,故C错误;
D.伏安法测电阻与探究电流与电压的关系、探究电流与电阻的关系,实验电路相同,故D正确;
故选:D。
2.如图所示,是电学中常见的电路图,在A、B两点间分别接入下列选项中加点字的元件,并进行对应实验,对滑动变阻器在此实验中的作用描述正确的是( )
A.探究电流与电阻的关系——改变定值电阻两端电压,多次测量减少误差
B.探究电流与电压的关系——必须调节电阻两端电压成倍数变化
C.测量定值电阻的阻值——多次测量求平均值,减小误差
D.测量小灯泡的电阻——改变小灯泡两端电压,求小灯泡电阻的平均值
【解答】解:A、探究电流与电阻的关系时滑动变阻器的作用是保护电路和保持定值电阻两端电压不变,找出普遍规律,故A错误;
B、探究电流与电压的关系时滑动变阻器的作用一般有保护电路和改变电路电流或改变被测电阻两端电压,故B错误;
C、测量导体的电阻时,通过改变滑动变阻器接入电路的阻值,从而改变了待测电阻两端的电压和通过它的电流,可以多测几组数据,通过求平均值来减小误差,故C正确;
D、在测量小灯泡的电阻的实验中,滑动变阻器的作用是:通过改变小灯泡两端的实际电压与通过小灯泡的电流,根据欧姆定律求出小灯泡的电阻,得出电阻与温度的关系,故D错误。
故选:C。
3.某学生在做测定小灯泡电阻的实验中,将正常的电流表、电压表接入电路,当闭合开关后,发现电流表有读数,电压表读数为零,移动滑动变阻器滑片时电流表读数有变化,电压表读数始终为零,其原因可能是( )
A.滑动变阻器接触不良 B.开关接触不良
C.小灯泡短路 D.灯泡的钨丝断了
【解答】解:移动滑片,电流表示数变化,电压表示数始终为零,而电压表测导线电压时,电压表示数为0;因此灯泡被短路。
故选:C。
4.如图所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P向左移动,下列说法中正确的是( )
A.电压表的示数不变,电流表A1的示数变大
B.电压表的示数变大,电流表A1的示数变大
C.电流表A1的示数和电流表A2的示数同时变小
D.电流表A1的示数和电流表A2的示数同时变大
【解答】解:由电路图可知,定值电阻R1与滑动变阻器R2并联,电压表测电源的电压,电流表A1测通过滑动变阻器R2的电流,电流表A2测干路电流。
因电源的电压保持不变,
所以,滑片移动时电压表的示数不变,故B不正确;
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,
所以,通过R1的电流不变,
将滑动变阻器的滑片P向左移动,接入电路中的电阻变大,
由I=可知,该支路的电流变小,即电流表A1的示数变小,故AD不正确;
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,干路电流变小,即电流表A2的示数变小,故C正确。
故选:C。
5.如图是小科利用实验室常用仪器,设计测量未知电阻Rx阻值的四种电路,电源电压恒定且未知,R0是已知阻值的定值电阻,滑动变阻器R最大阻值未知,实验中只能闭合或断开开关及移动滑动变阻器滑片,其中能够测量出Rx阻值的电路( )
A.只有① B.只有② C.只有②③ D.只有②③④
【解答】解:
①根据图可知,S接1和2时,通过电压表的电流的方向会发生变化,电压表的指针会反向偏转,无法读取电压表的示数,故①不可行;
②根据图可知,闭合S1、S2,电压表测量电源的电压U;只闭合开关S1,两只电阻串联,电压表测量Rx两端电压为Ux;根据串联电路的电压关系可知,定值电阻两端的电压为:U0=U﹣Ux;此时电路中的电流为:I=,根据串联电路的电流关系可知,通过Rx的电流为I=,则根据Rx两端的电压和电流可以求出Rx阻值,故②可行;
③闭合S1、S2时,电路是只有Rx的基本电路,电流表测量通过Rx的电流Ix;闭合S1、断开S2,两电阻串联,电流表测电路中电流I;根据电源电压不变列式I(R0+Rx)=IxRx可求出Rx的阻值,故③可行;
④闭合S1,S接2时,R0和R串联接入电路中,把R的阻值调到0,根据电流表的示数和定值电阻的阻值可以求出电源电压U;闭合S1,S接1时,Rx和R串联接入电路中,把R的阻值调到0,读出电流表的示数,根据电流表示数和电源电压,利用R=可以求出Rx的阻值,故④可行。
故选:D。
6.在如图所示的电路中,电阻R2<R1,若保持电路的总电压不变,那么为了使通过R1的电流稍增大一点,可采用的措施是( )
A.与R2并联一个比R2小得多的电阻
B.与R2并联一个比R2大得多的电阻
C.与R2串联一个比R2小得多的电阻
D.与R2串联一个比R2大得多的电阻
【解答】解:根据题意可知,无论怎样改变电路的连接,电路的总电压是不变的;
图中两个电阻并联后再与电流表串联,电流表本身是有内阻的,电流表接在干路上,电流表会分得一部分电压;
为了使通过R1的电流略微增大,则应略微增大R1两端的电压(即并联部分的电压),所以应略微增大并联部分的总电阻;
因要保持电路的总电流不变,所以只能略微增大R2支路的电阻(使得R2支路的电流略微减小),即与R2串联一个比R2小得多的电阻,可以满足要求。
故选:C。
7.如图所示,电源电压恒定,R0是定值电阻,闭合开关S,将滑动变阻器滑片调到适当位置,电流表A示数为I1,电压表V示数为U1;再将滑动变阻器滑片向右移动少许,电流表A示数为I2,电压表V示数为U2,则( )
A.I1<I2,U1<U2
B.I1>I2,U1>U2
C.,
D.,
【解答】解:(1)由图可知,闭合开关,定值电阻和滑动变阻器串联接入电路,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测通过电路的电流,
将滑动变阻器滑片调到适当位置,电流表A示数为I1,电压表V示数为U1,
再将滑动变阻器滑片向右移动少许,电流表A示数为I2,电压表V示数为U2,
此时滑动变阻器接入电路的电阻变大,串联电路总电阻等于各部分电阻之和,所以电路总电阻变大,根据欧姆定律可知通过电路的电流变大,根据串联分压原理可知滑动变阻器两端的电压变大,定值电阻两端的电压变小,所以I1<I2,U1<U2,故A正确,B错误;
根据欧姆定律可知表示滑动变阻器第一次接入电路的阻值,表示滑动变阻器第一次接入电路的阻值,所以<,故C错误;
(2)串联电路总电压等于各部分电压之和,第一次定值电阻两端的电压为U﹣U1,第一次定值电阻两端的电压为U﹣U2,
根据欧姆定律可得定值电阻的阻值:R0==,整理可得R0==,故D正确。
故选:D。
8.光照射某种光敏电阻时,其阻值会减小。某同学利用该特性设计了一个计数装置,用于模拟测试中考跳绳次数,其电路如图甲所示,电源电压恒为12V,R0为阻值20Ω的定值电阻,RT为光敏电阻,没有红外线照射时,信号记录仪记录到电压变化便计数一次。该同学进行模拟测试时,信号记录仪记录的电压随时间变化的图象如图乙所示,则( )
A.有红外线照射RT时,信号记录仪记录的电压是2V,RT=10Ω
B.有红外线照射RT时,信号记录仪记录的电压是8V,RT=100Ω
C.绳子挡住红外线时,信号记录仪记录的电压是8V,RT=10Ω
D.绳子挡住红外线时,信号记录仪记录的电压是2V,RT=100Ω
【解答】解:(1)由甲图电路知,R0与RT串联,信号记录仪测R0两端电压,
光照射某种光敏电阻时,其阻值会减小,根据串联分压原理可知此时光敏电阻两端的电压减小,定值电阻两端的电压增大,所以有红外线照射RT时,信号记录仪记录的电压是8V,绳子挡住红外线时,信号记录仪记录的电压是2V,故AC错误;
(2)串联电路各处电流相等,有红外线照射RT时,此时通过电路的电流:I===0.4A,
串联电路总电压等于各部分电压之和,根据欧姆定律可得此时光敏电阻的阻值:RT====10Ω,故B错误;
绳子挡住红外线时通过电路的电流:I′===0.1A,
根据欧姆定律可得此时光敏电阻的阻值:RT′====100Ω,故D正确。
故选:D。
9.如图所示,有一电路暗盒,盒内有一电源和一定值电阻,A、B、C为表面的三个接线柱。现有一实验灯泡的红、蓝两线头分别去接触三个接线柱,测试结果如下表所示,则下列判断中正确的是( )
实验次数 实验过程 实验现象(灯泡发光情况)
1 红线头接A接线柱 蓝线头接C接线柱 正常发光
蓝线头接B接线柱 不亮
2 红线头接B接线柱 蓝线头接C接线柱 灯光暗淡
蓝线头接A接线柱 不亮
A.A、B间连接的是电阻;A、C间连接的是电源
B.B、C间连接的是电阻;A、C间连接的是电源
C.B、C间连接的是电阻;A、B间连接的是电源
D.A、C间连接的是电阻;B、C间连接的是电源
【解答】解:红线头接A接线柱、蓝线头接C接线柱,灯正常发光,说明AC之间只有电源;
红线头接A接线柱、蓝线头接B接线柱,灯不亮,说明AB之间无电源;
红线头接B接线柱、蓝线头接C接线柱,灯光暗淡,说明BC之间有电源和电阻;
红线头接B接线柱、蓝线头接A接线柱,不亮,说明AB之间无电源;
综合以上分析,得电路图如图所示,
故选:A。
10.如图所示电路中,电源电压不变,当开关S断开,甲、乙两表为电流表时,两表的示数之比I甲:I乙=3:5,当开关S闭合时,甲、乙两表为电压表时,两表的示数之比为U甲:U乙为( )
A.2:5 B.3:2 C.5:2 D.5:3
【解答】解:由电路图可知,当开关S断开,甲、乙两表为电流表时,两电阻并联,电流表甲测R2的电流,乙测干路的电流,即I2=I甲,I1=I乙﹣I甲,
∴==﹣1=﹣1=,
∵两电阻并联,它们两端的电压U相等,
∴根据R=可知:
两电阻阻值之比:===;
甲乙同时为电压表,开关闭合时,两电阻串联,电压表甲测电源电压,电压表乙测R2两端电压,
即U甲=U,U乙=U2′;
∵两电阻串联,通过两电阻的电流I相等,
∴根据I=可得:
==+1=+1=;
故选:C。
11.在如图所示的电路中,总电流I=1.0A,R1=2R2=2R3,则下列对通过R2的电流的判断正确的是( )
A.大小为0.20A,方向向右
B.大小为0.20A,方向向左
C.大小为0.40A,方向向右
D.大小为0.40A,方向向左
【解答】解:
三个电阻并联,I为并联电路的电流,设通过R1的电流为I1,根据并联电路各支路电压相等,由U=IR,在电压不变时,电流与电阻成反比,因R1=2R2=2R3,故通过R2和R3的电流都为2I1,
根据并联电路电流的规律有:
2I1+2I1+I1=I=1.0A,故I1=0.2A,通过R2的电流为:
I2=2I1=2×0.2A=0.4A,
因三个电阻并联,故通过R2的电流方向向左,如下图所示:
只有D正确。
故选:D。
12.在如图所示的电路中,无论电路中的电阻如何变化,设定流入电路的总电流I始终保持恒定。当变阻器R0的滑动触头向上滑动时,电压表V、电流表A的示数变化量分别为ΔU、ΔI,则||( )
A.R1 B.R2 C.R1+R2 D.R2﹣R1
【解答】解:
由图可知,滑动变阻器R0和R1并联后与R2串联,电流表测量变阻器R0的电流,电压表V测量电源电压;
据题意可知,电源为恒流源,能够提供持续的恒定电流,即:流入电路的干路电流I始终保持恒定;
根据U=IR可知,电阻R2两端电压U2不变;
所以电压表示数的变化量等于电阻R1两端电压的变化量;
设当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时R1两端电压的变化量为ΔU,总电流为I,电流表读数为IA。
根据并联电路的电流特点和欧姆定律可知,电阻R1两端电压U1=(I﹣IA)R1,
则|ΔU|=|ΔU1|=|IR1﹣IAR1|=|(I﹣IA)R1|=|ΔIA|R1,
所以,||=R1,故A正确。
故选:A。
13.如图所示,三个定值电阻R1、R2、R3的电阻值均不相等,在A、B之间接一个电源,在C、D之间接一个电流表,电流表的示数为I,现将电源、电流表的位置互调,则电流表的示数( )
A.增大 B.减小
C.不变 D.以上均有可能
【解答】解:AB间是电源、CD间是电流表的等效电路如图所示:
设电源电压U=6V,R1=3Ω,R2=2Ω,R3=6Ω,
则总电阻为:R总=R1+=3Ω+=4.5Ω,
干路电流为:I总===A,
根据并联分流可知电流表的示数为:I=I总×=A×=A;
AB间是电流表,CD间是电源的等效电路如图所示:
设电源电压U=6V,R1=3Ω,R2=2Ω,R3=6Ω,
则总电阻为:R总′=R3+=6Ω+=Ω,
干路电流为:I总′===A,
根据并联分流可知电流表的示数为:I′=I总′×=A×=A;
故将电源、电流表的位置互调之后,电流表的示数不变。
故选:C。
14.某校实验小组设计了一种自动记录跳绳次数的装置,其简化电路如图甲所示。AB间接信号记录仪,R0是定值电阻,R′是一种光敏元件,当R′接收不到红外线时,其电阻会变大,信号记录仪会计数一次,已知电源电压为6V,AB间的电压随时间变化的图像如图乙所示,则下列说法正确的是( )
A.AB两端电压为3V时,信号记录仪计数一次
B.绳子遮挡红外线时,R′和R0的阻值相等
C.R′接收到红外线时,R′的阻值是R0的3倍
D.绳子遮挡红外线时,R′的阻值会增加1.5倍
【解答】解:
AB、由题意可知,当R′接收不到红外线时,其电阻会变大,电路的总电阻变大,由I=可知,电路中的电流变小,R0两端的电压变小,
由图乙可知,AB间的最小电压为UAB=1V,即AB两端电压为1V时,信号记录仪计数一次,故A错误;
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以此时光敏电阻两端的电压U光=U﹣UAB=6V﹣1V=5V,
因串联电路中各处的电流相等,所以====,即R′=5R0,故B错误;
CD、R′接收到红外线时,AB间的电压最大,由图乙可知,AB间的最大电压为UAB′=2V,
此时光敏电阻两端的电压U光′=U﹣UAB′=6V﹣2V=4V,
此时R′与R0的阻值之比====,即R″=2R0,则R′的阻值是R0的2倍,故C错误;
由R′=5R0和R″=2R0可知,绳子遮挡红外线时,R′的阻值会增加1.5倍,故D正确。
故选:D。
15.小敏利用“压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小”的性质,设计了判断物体运动状态的装置。其工作原理如图(a)所示,电源、电流表、定值电阻和压敏电阻由导线连接成一个串联电路,压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个可活动的绝缘球,压敏电阻不受力时,电流表示数为I0,小车运动状态变化会引起电流表示数变化。如图(b)所示是某次小车向右做直线运动时电流随时间变化图像。下列有关该次小车运动状态的判断正确的是( )
A.0到t1时间内,小车速度变大
B.t1到t2时间内,小车速度不变
C.t2到t3时间内,小车速度不变
D.t3到t4时间内,小车速度变大
【解答】解:0到t1时间内,电流不变为I0,压敏电阻的阻值不变,此时不受压力,小车处于静止状态或匀速直线运动状态;故A错;
t1到t2时间内,电流增大,压敏电阻的阻值减小,所以压力增大,小车做加速运动。故B错;
t2到t3时间内,电流不变,且保持在一个较大的数值,压敏电阻的阻值不变,所以压力较大,小车仍做加速运动。故C错;
t3到t4时间内,电流减小,压敏电阻的阻值增大,所以压力减小,但小车仍做加速运动,只是加速较慢。故D对。
故选:D。
16.如图为大型电子地磅的电路图,电源电压为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力作用下使滑片P下滑,滑动变阻器有效电阻变小,电流变大,这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为L,其最大阻值与定值电阻R0阻值相等,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流大小I的关系为( )
A.G=2kL﹣ B.G=kL
C.G=+kL D.G=kIL
【解答】解:已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,故kx=G;
此时滑动变阻器接入电阻R′=R0;
由闭合电路欧姆定律可知:I=;
联立解得:G=2kL﹣
故选:A。
17.有一种半导体材料的电阻值随着温度的变化如下表所示:用这种材料制成的热敏电阻与电压表等元件连成如图电路。电源电压为6伏,电压表量程为0~3伏,R0阻值为500欧。若把电压表的刻度盘改为指示水温的刻度盘,则下列说法正确的是( )
t/℃ 0 20 40 60 80 100
R/欧 500 380 300 250 220 200
A.水温刻度均匀,环境温度越高,对应电压表读数越小
B.水温刻度不均匀,环境温度越高,对应电压表读数越大
C.水温刻度盘上的100℃与电压表1伏对应
D.水温刻度盘上的0℃与电压表3伏对应
【解答】解:AB、由电路图可知,热敏电阻与电阻R0串联,电压表测热敏电阻两端的电压。
热敏电阻R与电阻R0串联,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,由欧姆定律,电路中的电流:
I=,
电压表的示数:
U′=IR=×R;
由表中数据可知,变化相同温度时,电阻的变化值不同,那么电压表的变化值也不同;
故定值电阻两端电压的变化值不是定值,
因此所改表盘的刻度不均匀,且温度越高,电阻越小,根据串联电路的分压规律可知温度越高,热敏电阻分得的电压越小,故AB错误;
CD、由表中数据可知,当温度刻度盘显示100℃时,R=200Ω,
所以U′=×R=≈1.7V,故C错误。
当当温度刻度盘显示0℃时,R'=500Ω,
所以U′=×R'==3V,故D正确。
故选:D。
18.如图所示,变阻器的电阻丝MN间的总电阻为R,滑片P从M点向右移动到N的过程中,a、b两点间的电阻的变化情况是( )
A.电阻由0增大到R
B.电阻由0增大到
C.电阻由0增大到,再减小到0,最大值为
D.电阻由0增大到,再减小到0,最大值为
【解答】解:(1)当滑片在M端或者N端时,ab两点间的电阻均为0,在中间时,ab间的电阻最大;
(2)当滑片在中间时,长度变为原来的二分之一,横截面积变为原来的一倍,则电阻变为原来的四分之一。
即电阻由0增大到R/4,再减小到0,最大值为R/4。
故选:D。
19.在如图所示电路中,闭合开关S后,在滑片P向右滑动过程中,各电表示数变化正确的是( )
A.A1、A3示数不变,A2、V示数变小
B.A1、V示数不变,A2、A3示数变大
C.A1、A2、V示数不变,A3示数变小
D.A2、V示数不变,A1示数变小,A3示数变大
【解答】解:电流表A2被短路,电压表示数U=U1=U2.故此两电表示数是不变的。
电流表A1测量R2电流,故I2=,因R2为定值电阻,阻值不变,故电流表A1示数也是不变的。
电流表A3测量干路电流,故I2=,因R1滑片向右滑动,阻值变大,故R并也相应增大,由电流表A3示数变小。
故选:C.
20.在如图所示的电路中,电源电压保持不变,R0、R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端时,闭合电键S,三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向b端移动,则三个电表示数的变化情况是( )
A.I1增大,I2不变,U增大
B.I1减小,I2增大,U减小
C.I1增大,I2减小,U增大
D.I1减小,I2不变,U减小
【解答】解:因滑片向b移动,则滑动变阻器接入电阻减小,则电路中的总电阻减小;则由欧姆定律可知,干路电流增大;则R0两端的电压增大,因总电压不变,电压表的示数与R0两端的电压之和等于总电压,故电压表示数减小;
因R0、R3两端的电压增大,故并联部分的电压减小;则由欧姆定律可知,通过R1的电流减小,A1示数减小;而通过R1的电流与通过R2的电流之和等于干路电流,而干路电流增大,故通过R2的电流将增大,即A2示数增大;
故说明I1减小、I2增大,U减小;
故选:B。
21.如图甲所示是电阻A和B的I﹣U图像,乙、丙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B两端的电压为2.5伏时,它的阻值和A的阻值相等
B.图乙中,当电压U为3伏时,B的电阻为5欧
C.图丙中,当电压U为2伏时,干路总电流为0.6安
D.图丙中,在电压U从0增大到2.5伏的过程中,通过A、B两电阻的电流之差先变大后变小
【解答】解:A.由图甲可知,当电阻A、B两端电压为2.5V时,通过两者的电流均为0.5A,则由欧姆定律的变形式R=可知此时电阻A、B的阻值相等,故A正确;
B.图乙中两电阻串联,由图甲可知,当电路中的电流I=0.2A、UA=1V、UB=2V时,串联电路总电压等于各部分电压之和,则电源电压为U=UA+UB=1V+2V=3V,
根据欧姆定律可得此时B的电阻RB===10Ω,故B错误;
C.图丙中,两电阻并联,并联电路各支路两端电压相等,由图甲可知,当U=2V时,IA=0.4A、IB=0.2A时,
并联电路干路电流等于各支路电流之和,所以干路总电流为I=IA+IB=0.4A+0.2A=0.6A,故C正确;
D.由图甲可知,在电压U从0增大到2.5V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。
故选:B。
22.如图甲所示,电源电压U0保持不变,滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比;开关闭合前,滑动变阻器的滑片P在最右端,闭合开关后,滑片P向左滑动,电压表示数U、电流表示数I与滑动距离x的关系如图乙、图丙所示下列说法正确的是( )
A.x在0~6厘米内,滑动变阻器的电阻丝可能发生了短路
B.U0为15V
C.该滑动变阻器在不出现故障的情况下,最大电阻为30Ω
D.定值电阻R1为4Ω
【解答】解:A、由电路图可知,两电阻串联,电流表测电路中的电流,电压表测滑动变阻器两端的电压;
由图乙可知,当x<6cm时,电压表示数保持不变,且等于电源电压,说明滑动变阻器断路,且断点处离变阻器右端x=6cm处,
BD、当R2两端电压为9.6V时,电路中电流为0.4A,
根据串联电路总电压等于各部分电压之和和欧姆定律可得电源电压:
U0=U2+IR1=9.6V+0.4A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
当R2两端电压为9V时,电路中电流为0.5A,根据欧姆定律可得电源电压:
U0=U2′+I′R1=9V+0.5A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
联立①和②得:U0=12V,R1=6Ω,故BD错误;
C、设滑动变阻器电阻丝长为L,当R2两端电压为9.6V时,电路中电流为0.4A,
根据欧姆定律可得,R2的电阻为:R2===24Ω,此时接入电路中电阻丝的长度为:L﹣6cm;
当R2两端电压为9V时,电路中电流为0.5A,
根据欧姆定律,R2的电阻为:R2′===18Ω,此时接入电路中电阻丝的长度为L﹣12cm;
由于滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比,则:
=,解得:L=30cm;
所以,=,解得:R总=30Ω,故C正确。
故选:C。
二.填空题(共7小题)
23.两只定值电阻,甲标有“10Ω 1A”,乙标有“15Ω 0.6A”,把它们串联在同一电路中,电路中允许通过的最大电流为 0.6 A,两端允许加的最大电压为 15 V。
【解答】解:串联时电路电流为0.6A;两端允许加的最大电压是U=IR=0.6A×(10Ω+15Ω)=15V。
故答案为:0.6;15。
24.在图所示电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电压表V1的示数将 不变 (选填“变小”、“不变”或“变大”);电压表V1示数与电压表V2示数的差值跟电阻R两端电压的比值 等于1 (选填“大于1”、“等于1”或“小于1”)。在滑片移动的过程中,观察到两表示数之差从6V变到9V,电流表的示数变化了0.3A,则电阻R1= 10 Ω。
【解答】解:由电路图可知,R1与R2串联,电压表V1测电源两端的电压,电压表V2测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。
因电源的电压不变,
所以,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电压表V1的示数不变;
因串联电路中总电压等于各分电压之和,且电压表V1示数与电压表V2示数的差值等于R1两端的电压,
所以,电压表V1示数与电压表V2示数的差值跟电阻R1两端电压的比值等于1;
由I=可得,滑片移动时,R1两端电压的变化量:
ΔU1=U1′﹣U1=I′R1﹣IR1=(I′﹣I)R1=ΔI R1,
因在移动滑片的过程中,两个电压表示数的差值从6V变到9V(即R1两端电压从6V变到9V),电流表的示数变化了0.3A,
则R1===10Ω。
故答案为:不变;等于1;10。
25.如图1所示的电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,电源电压不变。闭合开关S后,滑片P从a端移动到b端,电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图2所示,则电源电压为 3 V,R2的最大阻值为 10 Ω。
【解答】解:由图1可知,两电阻串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。
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,由图2可知I1=0.6A,
根据欧姆定律可得,电源的电压:
U=I1R1=0.6A×R1,
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,由图2可知,I2=0.2A,U2=2V,
滑动变阻器的最大阻值:
R2===10Ω,
∵串联电路中总电压等于各分电压之和,
∴电源的电压:
U=I2R1+U2=0.2A×R1+2V,
∵电源的电压不变,
∴0.6A×R1=0.2A×R1+2V,
解得:R1=5Ω,
电源的电压U=0.6A×R1=0.6A×5Ω=3V。
故答案为:3;10。
26.某同学为探究电流和电压关系,设计了如图所示的电路。图中电流表量程为“0~0.6A”,电压表量程为“0~3V”,定值电阻规格为“10Ω 0.3A”,滑动变阻器规格为“20Ω 1A”,电源电压恒为4.5V。请回答:
(1)连接电路后,闭合开关前滑动变阻器滑片P应 移到阻值最大处 。闭合开关后发现电流表有示数,电压表无示数,经检测发现电路中只有一处故障,则该故障可能是 电阻R短路 。
(2)故障排除后,闭合开关重新进行实验。在保证电路安全的前提下,移动滑动变阻器的滑片P改变电阻R两端的电压,则滑动变阻器允许接入电路的最小阻值是 5Ω 。
【解答】解:
由电路图可知,滑动变阻器与定值电阻R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。
(1)为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处;
闭合开关,电流表有示数,说明电路是通路,而电压表无示数,说明与电压表并联的定值电阻R短路(或电压表开路);
(2)由于电压表量程为“0~3V”,则当电压表的示数UR=3V时,电路中的电流:I===0.3A,
因电流表的量程为0~0.6A,定值电阻允许通过的最大电流为0.5A,滑动变阻器允许通过的最大电流为1A,
所以,为了保证电路的安全,电路中的最大电流为0.3A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,
根据欧姆定律可得,此时电路中的总电阻:R总===15Ω,
则变阻器接入电路中的最小阻值:R滑小=R总﹣R=15Ω﹣10Ω=5Ω。
故答案为:(1)移到阻值最大处;电阻R短路;(2)5Ω。
27.如图所示的电路中,电源电压为4.5V,且恒定不变,电压表的量程为0~3V,电流表的量程为0~0.6A,定值电阻R1的阻值为5Ω,滑动变阻器的最大阻值为50Ω.闭合开关S,移动滑片P,则滑动变阻器接入电路中的阻值变化范围为 2.5~10 Ω,电流表的示数变化范围为 0.3~0.6 A。
【解答】解:由电路图可知,定值电阻R1与滑动变阻器R2串联,电流表测量串联电路中的电流,电压表测量滑动变阻器R2两端的电压;
(1)由电流表的量程可知,电路中的电流不能超过0.6A,则根据I=可得:
R最小最大===7.5Ω;
根据串联电路的总电阻电压各分电阻之和可知:
R2最小=R最小﹣R1=7.5Ω﹣5Ω=2.5Ω。
(2)由电压表的量程可知,滑动变阻器R2两端的电压不能超过3V,则根据串联电路的总电压电压各分电阻两端的电压之和可知:
U1最小=U﹣U2最大=4.5V﹣3V=1.5V。
则电路中的最小电流为I最小===0.3A。
根据I=可得:
R2最小===10Ω
由此可知:滑动变阻器R2接入电路中的电阻值变化范围为:2.5~10Ω;电流表的示数变化范围为:0.3~0.6A。
故答案为:2.5~10;0.3~0.6。
28.在如图甲的电路中,电源电压保持不变,R1为定值电阻。移动滑动变阻器R2的滑片P,电压表和电流表示数的U﹣I关系图象如图(乙),则电源电压为 9V ,变阻器的最大阻值为 20Ω 。
【解答】解:由电路图可知,滑动变阻器的左右两部分电阻并联,再与电阻R1串联,电流表测量左边部分电阻的电流,电压表测量aP、bP并联部分两端电压;
(1)根据图乙可知,当电压表示数为4V时,左边部分电流为0.25A,通过右边部分电流为1A,
则干路电流为I=0.25A+1.0A=1.25A,
根据串联电路的特点和欧姆定律可得电源电压:
U总=U+IR1=4V+1.25A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当电压表读数为5V时,左右两部分的电流都为0.5A,则干路电流为I′=0.5A+0.5A=1A,
同理可得电源电压:
U总=U′+I′R1=5V+1A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
解得:U=9V,R1=4Ω;
(2)根据图乙可知,当电压表示数为4V时,通过aP的电流为0.25A,通过bP的电流为1A;或通过aP的电流为1A,通过bP的电流为0.25A;
由I=可知,左右两部分的电阻分别为:
RaP===16Ω,RbP===4Ω;
或:RaP′===4Ω,RbP′===16Ω;
则滑动变阻器R的最大阻值:R=RaP+RbP=16Ω+4Ω=20Ω。
故答案为:9V;20Ω。
29.小明想探究某电阻的阻值R,与温度t的关系,设计了如下图所示的电路,其中,定值电阻Ro=20欧,电源电压U=3伏。他把该电阻放在不同的温度下做实验,得到了不同温度下该电阻的阻值(如下表).
温度t(℃) 0 10 20 30 40
电阻阻值Rt(欧) 20 25 30 35 40
(1)由表中数据得出,该电阻的阻值Rt与温度t的数学关系式为 。
(2)通过计算说明,当温度为0℃时,小明观察到实验中电压表的示数为多少伏?
(3)在实验过程中,小明发现:温度较高时,随温度的上升,电压表示数变化不明显。经检查,电路连接正常,各元件没有损坏。你认为小明发现的情况可能是什么原因造成的? 当温度较高时,该电阻的阻值较大,定值电阻的阻值相对于该电阻的阻值过小,导致电压表示数的变化不明显 。
【解答】解:(1)从表中数据可以看出,电阻阻值Rt与温度的关系为:Rt=20+0.5t
(2)当t=0℃时,Rt=20欧,
根据欧姆定律得:I=,
定值电阻上的电压U0=IR0=0.075A×20Ω=1.5V;
(3)当温度较高时,该电阻阻值较大,定值电阻阻值相对于该电阻过小,导致电压表示数变化不明显。
故答案为:(1)Rt=20+;
(2)当温度为0℃时,小明观察到实验室中电压表的示数为1.5伏;
(3)当温度较高时,该电阻阻值较大,定值电阻阻值相对于该电阻过小,导致电压表示数变化不明显。
三.实验探究题(共6小题)
30.小明同学设计了如图1所示的电路测电源电压及电阻R1和R2的阻值。实验器材有:待测电源E,待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V(量程为3V,内阻很大),电阻箱R(0﹣99.99Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。
(1)先测电阻R1的阻值。闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数r和对应的电压表示数U1,保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,读出电压表的示数U2。则电阻R1= r 。(用上述测得的字母表示)
(2)小明同学已经测得电阻R1=4.8Ω,继续测电源电压和电阻R2的阻值。小明的做法是:闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了如图2所示的图线,则电源电压为 2.5 伏,电阻R2= 7.2 欧。
【解答】解:(1)闭合S1,将S2切换到a,电压表测电阻箱两端的电压;调节电阻箱,读出其示数r和对应的电压表示数U1,此时电阻箱与R1和R2串联,由欧姆定律,电路中的电流:
I=﹣﹣﹣﹣①,
保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,读出电压表的示数U2;此时,电压表测电阻箱与R1两端的电压,因电路的连接不变,各电阻大小和电压大小不变,故在第1次操作中,根据串联电路电压的规律,R1的电压:
UR1=U2﹣U1,由欧姆定律,电阻R1的表达式为:
R1==﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②得:R1= r;
(2)闭合S1,将S2切换到a,电阻箱与两电阻串联,电压表测电阻箱两端的电压,根据欧姆定律,通过电阻箱的电流为:I箱=,
根据串联电路的规律和欧姆定律,电源电压:
E=U+(R1+R2)﹣﹣﹣﹣﹣﹣①;
根据绘出了如图2所示的﹣图线为一次函数,设为:
=k+b﹣﹣﹣﹣﹣②,
由图2知,当电阻箱断开时,=0.4,
由②知,b=0.4﹣﹣﹣﹣③,
当=0.5时,=2.8,代入②得,k=4.8﹣﹣﹣﹣﹣④,
由②③④得:
=4.8×+0.4﹣﹣﹣﹣⑤;
由①得:E﹣U=(R1+R2),两边同除以E,有:=,即1﹣=,两边同除以U有:
﹣=,
即=+,﹣﹣﹣⑥
由⑤⑥得:
=4.8﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑦
=0.4,
则电源电压E=2.5V,因R1=4.8Ω,
代入⑦式,电阻R2=7.2Ω。
故答案为:(1) r;(2)2.5;7.2。
31.某小组同学在进行“伏安法”测电阻实验时,连接了如图甲所示的电路,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,多次测量并记录实验数据。小组同学将第一次实验测得的数据绘制成图乙中的a、b、c,发现电压表未调零。将电压表调零后,重做实验,第二次测量数据如图乙中的A、B、C。
(1)图丙是该小组在一次测量中的电流表指针位置,其示数为 0.3 安。
(2)分析图乙中的第二次测量数据,待测电阻的阻值是 4.9 欧。(结果保留一位小数)
(3)小组同学讨论发现,利用第一次的测量数据,能求出第一次实验中电压表接入电路前指针所指的刻度值,也能求出被测电阻的阻值。分析图乙,写出第一次实验电压表接入电路前指针所指的刻度值,并说明理由。 第一次实验电压表接入电路前指针所指的刻度值为0.4V。延长abc三点的连线,与纵坐标相交于0.4V 。
【解答】解:(1)图丙电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.3A;
(2)分析图乙中的第二次测量数据,由R=可知,
RA===5Ω,RB===5Ω,RC==≈4.83Ω,
所以待测电阻的阻值为:R==≈4.9Ω;
(3)延长abc三点的连线,与纵坐标相交于0.4V,如图所示:
故答案为:(1)0.3;(2)4.9;(3)第一次实验电压表接入电路前指针所指的刻度值为0.4V。延长abc三点的连线,与纵坐标相交于0.4V。
32.小科实验探究“电流与电压的关系”。实验的器材有:电压恒为3V的电源,一个“15Ω 2A”的滑动变阻器,5Ω、10Ω、15Ω、30Ω四个定值电阻,一个电压表,一个电流表,一个开关,若干导线等。如图是小科连接的实物图:
(1)小科用10Ω电阻进行实验,意外发现10Ω电阻已经损坏。他灵机一动,借助现有器材用巧妙的方法成功完成了实验探究。请说出小科所采用的方法: 将15Ω与30Ω电阻并联接入电路 。
(2)小科之后选用30Ω电阻并预设了电阻两端“1V”、“2V”、“2.5V”三个电压值进行实验,但计算后发现:若要达到这三个预设的电压值,滑动变阻器的最大阻值不得小于 60 Ω,小科仍想按这三个预设的电压进行实验,利用现有的这些器材,无需改变电源电压和更换滑动变阻器,小科只要 将30Ω电阻替换为5Ω电阻 ,就能顺利完成实验。
(3)小科想到用此电路连接图来探究“电流和电阻的关系”,实验只需要多次改变电阻的大小,且保持 电压表 (填“电流表”或“电压表”)示数不变。
【解答】解:(1)15Ω和30Ω电阻并联时,R总===10Ω,可以替换已经换掉的10Ω电阻;
(2)设电阻两端的电压为U1,则滑动变阻器两端的电压为U﹣U1,由串联电路的分压特点可知,滑动变阻器接入电路中的电阻为:
R滑=R定=×30Ω,
把“1V”、“2V”、“2.5V”三个电压值带入可得,变阻器接入电路中的电阻分别为60Ω、15Ω、6Ω,故滑动变阻器最大阻值不得小于60Ω;
若仍想按预设电压进行实验,即滑动变阻器分担电压仍分别为2V,1V,0.5V,滑动变阻器最大阻值为15Ω,当变阻器两端电压为2V时,电阻两端电压为变阻器两端电压=0.5倍,根据串联电路分压原理,电阻阻值为×15Ω=7.5Ω,则电阻阻值只需小于7.5Ω,故符合条件的电阻阻值为5Ω的电阻,即将30Ω电阻替换为5Ω电阻;
(3)探究电流和电阻的关系需要控制定值电阻两端电压保持不变,因为电压表测量定值电阻两端电压,所以保持电压表示数不变即可。
故答案为:(1)将15Ω与30Ω电阻并联接入电路;(2)60;将30Ω电阻替换为5Ω电阻;(3)电压表。
33.研习小组同学开展了“探究电流与电阻、电压的关系”实验。器材:电源(4.5V),滑动变阻器(20Ω 1A),定值电阻R(4Ω、6Ω、8Ω、10Ω、12Ω),开关、导线若干。
【实验一】探究“电流与电阻的关系”
小组同学连接了如图甲所示的电路进行实验。
次数 电压/V 电流/A
1 1.1 0.10
2 2.1 0.20
3 2.7 0.26
(1)图甲电路开关闭合后,电压表、电流表出现的现象是 电压表示数接近4.5V,电流表示数为0 ,判断电路存在故障。
(2)请帮忙找出图中错误的连线并画“×”,再补一根导线,使电路连接正确。
(3)依次改变定值电阻R的阻值,读取并记录相应电流值,根据实验数据在图乙的I﹣R坐标系中描绘出曲线A,并得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比。小东认为也可以将每次实验时记录的电流值和对应的变阻器Rp阻值也在图丙中描成点,连成曲线B。请判断曲线B与曲线A有无交点并说明理由 无交点;对每一个电流值,变阻器RP的阻值是定值电阻的阻值倍数不变,两个图像平行 。
【实验二】探究“电流与电压的关系”
小组同学选择10欧定值电阻继续探究“电流与电压的关系”时,移动滑片多次实验得到相关数据如图丙。处理数据后发现不能得到与书本中一样的结论,讨论后认为是测量过程中某个电表没有调零。
(4)请推测:这个电表在未连入电路前的指针偏转情况可能是 AD 。
【解答】解:(1)小组同学连接的电路如图甲所示,电压表串联在电路中,电流与电阻并联,电阻短路,因电压表内阻很大,故电流表没有示数;电压表与电源连通测电源电压,故电压表有示数;
(2)实验中,电压表与电阻并联,电流表与电阻串联,改正后如下所示:
(3)因为电源电压不变,而定值电阻的电压保持不变,滑动变阻器的电压也不变,根据串联分压规律知,因而各次实验中,定值电阻和滑动变阻器的阻值倍数关系保持不变,因而对每一个电流值,变阻器RP的阻值始终是定值电阻的阻值倍数不变,则把每次实验时记录的电流值和对应变阻器RP的阻值,在图丙坐标系中描成点,将这些点绘成曲线B,发现曲线B与曲线A平行,因而两者无交点;
(4)定值电阻的阻值为10Ω,即电压和电流之比为10Ω,造成数据不准的原因有两种可能:一是电流表少读了0.01A,即电流表未连入电路前的指针偏转情况可能是A;二是电压表多读了0.1V,即电压表未连入电路前的指针偏转情况可能是D。故AD符合题意。
故答案为:
(1)电压表示数接近4.5V,电流表示数为0;
(2)如图所示;
(3)无交点;对每一个电流值,变阻器RP的阻值是定值电阻的阻值倍数不变,两个图像平行;
(4)AD。
34.某实验小组做“伏安法测量电阻”的实验,所用的器材有:电压为3V的电源,待测电阻Rx,以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、导线和开关。图(甲)是没有连接完整的实物电路。
(1)请你用笔画线代替导线将实物电路连接完整。
(2)连好电路闭合开关前,应将滑动变阻器滑片P置于 最左 端(选填“最左”或“最右”)。
(3)实验中,闭合开关,移动滑片。电流表、电压表均无示数。为了检查电路故障,他们借助一根检测导线进行检测,当该导线两端分别接不同点时。对应的现象如下表所示。由此可以判断电路发生的故障是 cd间断路 。
检测导线接点 现象
a,b 电压表、电流表均无示数
a,c 电压表、电流表均无示数
a,d 电压表、电流表均有示数
c,d 电压表、电流表均有示数
(4)排除故障后进行实验,当电压表示数为2.4V时电流表的示数如图(乙)所示,这时电流为 0.3 A,他们利用此组数据即得出该待测电阻Rx的阻值,结束了实验。你认为他们这种做法有何不妥?答 只测一次,误差较大 。
【解答】解:
(1)伏安法测量电阻的实验中,电流表和滑动变阻器串联入电路,注意变阻器要一上一下接,电压表测灯泡两端电压,所以应与灯泡并联,因为电源电压为3V,所以电压表应使用0﹣3V量程。如图所示:
;
(2)为了保护电路安全,闭合开关前,应将滑动变阻器滑片P置于最大值左端;
(3)电压表和电流表无示数,电路是断路。(只有一处断路)
导线连接在a、d之间,改变电压表和电流表的示数,断路在a、d之间。
导线连接在c、d之间,改变电压表和电流表的示数,断路在c、d之间。
导线连接在a、b之间,a、c之间都不能改变电压表和电流表示数,断路不在a、b和a、c之间。
所以断路在c、d之间。
(4)电流表使用的0~0.6A量程,每一个大格代表0.2A,每一个小格代表0.02A,电流为0.3A。
只有一组数据得出定值电阻的阻值,误差太大,要进行多次测量求平均值来减小误差。
故答案为:
(1)见上图;
(2)最左;
(3)cd间断路;
(4)0.3;只测一次,误差较大。
35.小刚同学利用图甲所示的电路“探究电流与电压、电阻的关系”,所选择的器材有新干电池两节,5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻各一只,“30Ω 1A”的滑动变阻器电压表、电流表、开关各一只,导线若干。
(1)图乙是按照图甲连接的实物图,其中有一根导线连接错了,请你在接错的那根导线上画“×”,并用笔画线代表导线将电路连接正确(要求导线不能交叉)。
(2)小刚首先探究电流与电压的关系。以下实验步骤中正确且最合理的顺序是 C 。
①立即闭合开关,开始实验。
②将滑片移到最右端,再闭合开关。
③缓慢移动滑片,调节电压表示数依次为1.5V、2V、3V,并记下电流表示数。
④缓慢移动滑片,调节电压表示数依次为3V、2V、1.5V,并记下电流表示数。
⑤断开开关,分析数据,得出结论。
⑥更换不同阻值的定值电阻,再次改变3次电压表示数,并记下电流表示数。
A.①③⑤
B.②③⑤
C.②③⑥⑤
D.②④⑥⑤
(3)小刚继续探究电流与电阻的关系。他首先把5Ω电阻接入电路,缓慢移动滑片,直到使电压表指针如图丙所示,他又分别将10Ω、15Ω和20Ω的电阻接入电路进行实验,当 20 Ω的电阻接入电路后,无法将电压表示数调节到用5Ω的电阻进行实验时的控制电压值。为了用以上四个电阻都能完成实验,定值电阻两端所控制的电压应该不低于 1.2 V。
(4)实验结束后,小刚发现实验桌上有一个未知阻值的电阻Rx,小刚利用如丁图所示的电路测量未知电阻Rx的阻值。下列四个实验电路图,不能够得出定值电阻Rx阻值的电路是 B 。
【解答】解:(1)乙图中,R与电流表并联,电压表串联在电路中是错误的,电流表应与R串联,电压表测R的电压,改正后如下所示:
(2)排除故障后,小刚首先探究电流与电压的关系,将滑动变阻器滑片移到阻值最大处,再闭合开关,根据串联电路分压规律可知,在减小变阻器接入阻值时其两端电压减小,定值电阻电压变大,缓慢移动滑片,调节电压表示数依次为1.5V、2V、3V,并记下电流表示数;为了避免实验结果的偶然性,更换不同阻值的定值电阻,再次改变3次电压表示数,并记下电流表示数;最后断开开关,分析数据,得出结论;故实验步骤中正确且最合理的顺序是②③⑥⑤,故选C;
(3)丙图中,电压表选用小量程,分度值为0.1V,电压表示数为1V,电源为干电池两节,电压3V,若电压表示数为1V,根据串联电路电压的特点,变阻器分得的电压为:
U滑1=U﹣U定=3V﹣1V=2V,定值电阻的电压为变阻器分得的电压的0.5倍,将变阻器的最大电阻连入电路中时,对应的定值电阻的最大值为:
R大=0.5×30Ω=15Ω,当20Ω的电阻接入电路后,无法将电压表示数调节到1V,故当20Ω的电阻接入电路后,无法将电压表示数调节到用5Ω的电阻进行实验时的控制电压值;
由串联电路电压的规律及分压原理有:
=
方程左边为一定值,故右边也为一定值,当变阻器连入电路的电阻最大时,对应的定值电阻应最大,此时,电阻的电压最小,
即:
,
UV=1.2V,所以调节后的电压值应该不低于1.2V;
(4)A、由电压表、电流表的示数可求串联电路的总电阻R串==Rx+R,所以Rx=﹣R,故A不符合题意;
B、电流表测量已知电阻中的电流,待测电阻中的电流未知,不能求Rx,故B符合题意;
C、电路中可测量并联电路的总电流I总和已知电阻中的电流IR,由并联电路的特点可知,待测电阻的电流为:
Ix=I总﹣IR,
根据并联电路两端的电压相等和欧姆定律可知:
IxRx=IRR,Rx可得出,故C不符合题意;
D、任意取滑动变阻器上的两个点,假设变阻器连入电路的阻值分别为R1、R2,设此时电压表,电流表的示数分别为I1、U1和I2、U2,
由欧姆定律可以计算出这两个阻值R1=,R2=;
根据串联电路的规律和欧姆定律,由电源电压不变列方程有:I1(Rx+R1)=I2(Rx+R2),可求解Rx,故D不符合题意;
故选:B。
故答案为:(1)
(2)C;
(3)20;1.2;
(4)B。
四.计算题(共3小题)
36.老师给小宁一个暗箱,其表面有两个接线柱M、N,它们之间电阻值RMN恒定不变。小宁利用如图甲所示电路(电源电压不变)进行实验:在开关S、S1都闭合和开关S闭合、S1断开两种情况下,改变电阻箱R1的阻值,读取电流表示数,绘制了如图乙所示的电流表示数I随R1变化的曲线。由上述信息可知:
(1)电源电压U为 6 V。
(2)RMN为 10Ω 。
(3)图乙中曲线 B (填“A”或“B”)是根据开关S、S1都闭合时测得的实验数据绘制的。
(4)老师告诉小宁,暗箱的M、N之间只接有两个定值电阻:一个阻值为R0(R0值已知),另一个阻值未知,假设为Rx。求Rx的值。(用R0、RMN表示)
【解答】解:(1)在开关S、S1都闭合时,电路为R1的简单电路,此时R1两端的电压即为电源电压,开关S闭合、S1断开时,RMN与R1串联,
由图乙可知,当电流为0.2A时,两种情况的电压分别为:
U1=IR1=0.2A×20Ω=4V,
U1'=IR1'=0.2A×30Ω=6V,
因为串联电路中电源电压等于各用电器两端电压之和,
所以电源电压U=U1'=6V;
(2)开关S闭合、S1断开时,RMN与R1串联,此时RMN两端电压为:
UMN=U﹣U1=6V﹣4V=2V,
所以RMN===10Ω;
(3)由(1)可知,开关S、S1都闭合,且电流为0.2A时,R1的阻值为30Ω,所以图乙中曲线B是根据开关S、S1都闭合时测得的实验数据绘制的;
(4)因为暗箱的M、N之间只接有两个定值电阻R0和RX,串联电路中的总电阻比任何一个分电阻都要大,并联电路中的总电阻比任何一个分电阻都要小,
若R0<RMN,则R0和Rx应串联,所以Rx=RMN﹣R0;
若R0>RMN,则R0和Rx应并联,即有:+=,所以Rx=。
故答案为:(1)6;(2)10Ω;(3)B;(4)若R0<RMN,则R0和Rx应串联,所以Rx=RMN﹣R0;若R0>RMN,则R0和Rx应并联,即有:+=,所以Rx=。
37.如图甲所示一种家庭水箱水位测量装置,电源电压18伏保持不变,电压表量程0~15伏,电流表量程0~3安,R0是阻值为10欧的定值电阻,R1是长20厘米、阻值为20欧的均匀电阻丝,滑片P把电阻丝与轻质弹簧的指针连在一起。圆柱体M长80厘米,底面积为200厘米2。当水位处于最高处时,M刚好浸没在水中,滑片P恰好在R1的最上端。轻质弹簧阻值忽略不计,M全部露出水面前,弹簧的伸长长度ΔL始终与受到的拉力F成正比,如图乙所示。
(1)当水位下降时,电路中示数增大的电表是 电流表 。
(2)当水位下降至某位置时,电压表示数为6伏,则圆柱体露出水面部分的长度为多少厘米?
(3)为了方便判断水箱中水量的多少,可在电流表的表盘上标注对应圆柱体露出水面部分的长度,根据上述信息,写出圆柱体露出水面部分的长度H与电流I的关系式H= 150cm﹣cm/Ω 。
【解答】解:由电路图可知,R0与R1串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流。
(1)当水位下降时,圆柱体M排开水的体积减小,受到的浮力减小,滑片P向下移动,滑动变阻器接入电路的电阻减小,由欧姆定律可知,电路中的电流增大,即电流表的示数增大;
(2)当水位下降,电压表示数为6伏时,由串联电路的电压特点可知,此时R0两端的电压:U0=U﹣U1=18V﹣6V=12V,
由欧姆定律可知,此时通过R0的电流:I===1.2A,
串联电路各处电流相等,则滑动变阻器接入电路中的电阻:R1===5Ω,
由R1是长20厘米、阻值是20欧的电阻丝可知,此时滑动变阻器接入电路的电阻丝的长度:L=×20cm=5cm,
由题意可知,此时弹簧的下端下降了ΔL=20cm﹣5cm=15cm,
由乙图图象可知,当ΔL=15cm时,弹簧受到的拉力增大了ΔF=150N,即圆柱体M受到的浮力减小了ΔF浮=150N,
由ΔF浮=ρgV排可知,圆柱体M浸入液体的体积减小了ΔV===0.015m3=15000cm3,
所以圆柱体M浸入液体的深度减小了Δh===75cm,即圆柱体露出水面部分的长度为75cm;
(3)滑动变阻器接入电路的阻值大小与滑动变阻器接入电路的电阻丝的长度成正比,
由(2)可得:==﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
由图乙可得ΔF浮=10N cm×ΔL﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
根据阿基米德原理可得ΔF浮=ρgΔV=ρ水gHS=1.0×103kg/m3×10N/kg×H×200×10﹣4m2﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
联立①②③可得圆柱体露出水面部分的长度H与电流I的关系式为:H=150cm﹣cm/Ω。
答:(1)电流表;
(2)当水位下降,电压表示数为6伏时,圆柱体露出水面部分的长度为75cm;
(3)150cm﹣cm/Ω。
38.小科通过查阅资料了解到,航天科研人员采用如下方法检验“天宫二号”舱体的气密性。将待检验的舱体M置于一个不漏气的集气空腔N中,如图甲所示,先对舱体M充入压强为1.0×105Pa的空气,再把集气空腔N抽成真空,利用两个完全相同的压敏电阻RM、RN来测量舱体M和集气空腔N中的压强,压敏电阻RM、RN的阻值随气体压强变化的关系如表。已知舱体M的容积为V,集气空腔N真空部分的容积为4V,飞船舱门的面积是0.6m2,不计舱体M器壁的体积,整个过程温度不变。电路中R0的阻值为16Ω,电源电压为12V。请回答下列问题:
压敏电阻受到的气压(×105Pa) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
压敏电阻对应的电阻值(Ω) 50 40 30 22 15 12 10 8 6 5 4
(1)当开关与b相连,若电压表示数变大可判断舱体M漏气,请叙述理由。
(2)若舱门不漏气,且开关S接a时,电路中电流表的示数是多少?
(3)实验表明,一定质量的气体在温度不变的情况下,压强随体积的变化如图乙所示。若空气从舱体M中逸出,经过一定的时间后,M、N中的压强相等。若开关S接在b处,求此时整个电路消耗的总功率。
(4)在检验过程中的某时刻,开关接a时电压表的示数为Ua、压敏电阻RM的功率为PM,开关接b时电压表的示数为Ub、压敏电阻RN的功率为PN,若Ua:Ub=2:1,且PM:PN=6:5,则此时舱门内外受到的压力差为多少?
【解答】解:(1)当开关S接b时,RN与R0串联,电流表测电路中的电流,电压表测R0两端的电压,当电压表示数变大时,R0两端的电压变大,由串联电路的电压特点可知,电源电压一定时,RN两端的电压变小,由串联电路的分压原理可知,RN的阻值变小,由表中数据可知压敏电阻受到的气压变大,即舱体N中气压的变大,因此舱体M漏气;
(2)当单刀双掷开关S接a时,RM与R0串联,电流表测电路中的电流,
若舱体不漏气,M内气体的压强为1.0×105帕,由表格数据可知,RM=4Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,电路中电流表的示数:
I===0.6A;
(3)已知舱体M的容积为V,集气空腔N的容积为4V,M、N中的压强相等时,气体的体积变为5倍V,由图乙知,M、N中的气压值均为0.2×105Pa,
查表可知,此时RM、RN的电阻值均为30Ω,
根据电阻的串联规律及欧姆定律,电路中的电流:
I'==≈0.26A,
此时整个电路消耗的总功率:
P=UI'=12V×0.26A=3.12W;
(4)由I=可得,电压表的示数之比:
===,
由P=I2R可得:
==()2×=()2×=,
解得:RM=RN,
因电压一定时,电流与电阻成反比,
所以,===,
解得:RN=40Ω,RM=RN=×40Ω=12Ω,
由表格数据可知,此时M中的气压PM=0.5×105Pa,N中的气压PN=0.1×105Pa,
此时舱门受到的内外压力差:
ΔF=ΔpS=(0.5×105Pa﹣0.1×105Pa)×0.6m2=2.4×104N。
答:(1)当开关与b相连,若电压表示数变大,R0两端的电压变大,RN两端的电压变,RN的阻值变小,由表中数据可知压敏电阻受到的气压变大,舱体N中气压的变大,舱体M漏气;
(2)若舱门不漏气,且开关S接a时,电路中电流表的示数是0.6A;
(3)若空气从舱体M中逸出,经过一定的时间后,M、N中的压强相等。若开关S接在b处,求此时整个电路消耗的总功率为3.12W;
(4)此时舱门内外受到的压力差为2.4×104N。
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