2024甘肅中考物理二輪專題復(fù)習(xí) 微專題 多開(kāi)關(guān)與滑動(dòng)變阻器結(jié)合的動(dòng)態(tài)電路計(jì)算 （課件）

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多開(kāi)關(guān)與滑動(dòng)變阻器結(jié)合的動(dòng)態(tài)電路計(jì)算
例 如圖所示，電源電壓保持不變，電流表選取0～3 A，電壓表選取0～15 V，燈泡L標(biāo)有“6 V　3 W”的字樣，滑動(dòng)變阻器R1的最大值為15 Ω，R2為定值電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S1、S2均閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片在中間時(shí)，電流表的示數(shù)為I1；滑動(dòng)變阻器的滑片在最左端時(shí)，電流
表的示數(shù)為I2，I1∶I2＝3∶2，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合、S1、S2斷開(kāi)，小燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器的功率為1.5 W，(燈絲電阻不變)求：
①當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合、S1、S2斷開(kāi)，在虛線框1畫(huà)出對(duì)應(yīng)的電路圖；②當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S1、S2均閉合時(shí)，在虛線框2畫(huà)出對(duì)應(yīng)的電路圖．
(1)小燈泡L正常發(fā)光時(shí)的電阻；(2)電源電壓；(3)R2的阻值；(4)當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合、S1、S2斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器的最大電功率；(5)當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合、S1、S2斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器阻值的變化范圍；(6)電路的最大功率與最小功率之比
解：(1)根據(jù)I＝ ，P＝UI可知P＝ ，則小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻RL＝ ＝ ＝12 Ω
(2)S閉合，S1、S2斷開(kāi)時(shí)，電路為小燈泡與滑動(dòng)變阻器的串聯(lián)電路，小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流IL＝ ＝ ＝0.5 A滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U滑＝ ＝ ＝ ＝3 V電源電壓U＝U滑＋UL＝3 V＋6 V＝9 V
(3)根據(jù)歐姆定律可知，I1＝ ＋ ，I2＝ ＋ ，由題知I1∶I2＝3∶2則2×( ＋ )＝3×( ＋ )，解得R1＝R2＝15 Ω
(4)P滑＝U滑I＝(U－IRL)I＝－I2RL＋UI＝－RL(I2－ I)＝－RL(I－ )2＋ ，即I＝ ，此時(shí)R滑＝RL＝12 Ω，取最大值，最大值P滑＝ ＝ ＝1.687 5 W
(5)當(dāng)電路中的電流等于小燈泡的額定電流時(shí)，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小，此時(shí)電路的總電阻R總＝ ＝ ＝18 ΩR滑min＝R總－RL＝18 Ω－12 Ω＝6 Ω當(dāng)滑動(dòng)變阻器全部接入電路時(shí)，電壓表安全，所以滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍為6～15 Ω
(6)電源電壓不變，當(dāng)電路中的電流最大時(shí)，電路的功率最大，所以當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S1、S2均閉合時(shí)，電流表可以達(dá)到3 A，此時(shí)電路的功率Pmax＝UImax＝9 V×3 A＝27 W電源電壓不變，當(dāng)電路中的電阻最大時(shí)，電路中的電流最小，電路的功率最小，所以當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合、S1、S2斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器全部接入電路時(shí)，電路中的電流最小，此時(shí)電路的功率Pmin＝ ＝ ＝3 W Pmax∶Pmin＝9∶1
A. 滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為30 ΩB. 電源電壓為12 VC. 定值電阻R1的阻值為10 ΩD. 只閉合開(kāi)關(guān)S1，電路總功率的變化范圍為4.8 W～14.4 W
1. (2023蘭州A卷11題3分)如圖所示的電路，電源電壓恒定不變，燈泡L上標(biāo)有“12 V　6 W”的字樣，只閉合開(kāi)關(guān)S1，將滑動(dòng)變阻器R2的滑片P從最右端向左移動(dòng)一段距離，此過(guò)程中電流表示數(shù)變化了0.2 A，電壓表示數(shù)變化了2 V；再閉合開(kāi)關(guān)S2和 S3，電流表示數(shù)又變化了1.1 A，此時(shí)燈泡L恰好正常發(fā)光．下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　)
2.如圖所示的電路，電源電壓保持不變，電阻R1、R2的阻值分別為10 Ω和 20 Ω，只閉合開(kāi)關(guān)S1，將滑片P移到中點(diǎn)，電壓表示數(shù)為6 V，電阻R1的功率為P1；閉合開(kāi)關(guān)S1、S2，將滑片P移到最左端，電阻R2的功率為P2，若P1∶P2＝2∶9，則下列說(shuō)法正確的是(　　)A. 電源電壓為18 VB. 滑動(dòng)變阻器的最大電阻為20 ΩC. 電路的最大功率為12.15 WD. 電路的最小功率為2.7 W
3. 如圖所示，電源電壓恒定，定值電阻R2＝20 Ω，滑動(dòng)變阻器R0上標(biāo)有“50 Ω　0.5 A”的字樣，電流表 的量程為0～0.6 A，電壓表 的量程為0～15 V．當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，電壓表的示數(shù)為8 V；當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到2位置且滑片P在中點(diǎn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器R0的功率為P0＝4 W，求：(1)電源電壓U；(2)定值電阻R1的阻值；
(3)當(dāng)電路接通時(shí)，在確保電路元件安全的前提下，試討論何時(shí)電路的總功率最小，最小功率是多少？何時(shí)電路的總功率最大，最大功率又是多少？
①請(qǐng)?jiān)趫D1框中畫(huà)出開(kāi)關(guān)S接1時(shí)的電路圖②請(qǐng)?jiān)趫D2框中畫(huà)出開(kāi)關(guān)S接2時(shí)的電路圖
解：(1)當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到2位置且滑片P在中點(diǎn)時(shí)，定值電阻R2與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)R2兩端電壓，此時(shí)電流為I2＝ ＝ ＝ ，滑動(dòng)變阻器的功率P0＝I22 ＝( )2× ＝4 W，解得電源電壓為U＝18 V
(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，R1與滑動(dòng)變阻器最大阻值串聯(lián)，電壓表測(cè)量R1兩端電壓，電壓表的示數(shù)為8 V，則有 R1＝ R1＝8 V，解得R1＝40 Ω
(3)分析電路，電路總功率為P＝UI，當(dāng)電路電流最小時(shí)，電路總功率最小，可知當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到1且滑動(dòng)變阻器的滑片移到A端時(shí)，電路電流最小為Imin＝ ＝ ＝0.2 A，此時(shí)電路功率最小為Pmin＝UImin＝18 V×0.2 A＝3.6 W
當(dāng)電路電流最大時(shí)，電路總功率最大，可知當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到2且滑動(dòng)變阻器滑片置于B端時(shí)，即滑動(dòng)變阻器被短路時(shí)，電路電流為I3＝ ＝ ＝0.9 A，由于電流表的量程為0～0.6 A，則此時(shí)會(huì)燒壞電流表；當(dāng)I3＝0.6 A時(shí)，由于滑動(dòng)變阻器的額定電流為0.5 A，則I3＝0.6 A時(shí)會(huì)燒壞滑動(dòng)變阻器，所以電路最大電流為Imax＝0.5 A，電壓表示數(shù)U′＝ImaxR2＝0.5 A×20 Ω＝10 V，小于電壓表的最大量程，所以電路最大功率為Pmax＝UImax＝18 V×0.5 A＝9 W.
4. 如圖所示，變阻器R2上標(biāo)有“20 Ω　1 A”字樣．只閉合開(kāi)關(guān)S1，將變阻器滑片P移到中點(diǎn)時(shí)，電流表 示數(shù)為0.2 A，燈泡L的實(shí)際功率為0.8 W；閉合開(kāi)關(guān)S1、S2，將變阻器滑片P移到a端時(shí)，燈泡正常發(fā)光，電流表示 數(shù)為0.4 A，此時(shí)電壓表示數(shù)是多少？電阻R1的阻值是多少？燈泡L的額定功率是多少？(不考慮溫度對(duì)燈絲電阻的影響)
①請(qǐng)?jiān)趫D1框中畫(huà)出只閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)的電路圖②請(qǐng)?jiān)趫D2框中畫(huà)出閉合開(kāi)關(guān)S1、S2且滑片移到a端時(shí)的電路圖
解：當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S1，變阻器滑片P移到中點(diǎn)時(shí)，R2＝10 Ω，變阻器R2與燈泡組成串聯(lián)電路，燈泡電阻為：R燈＝ ＝ ＝20 Ω串聯(lián)總電阻為：R＝R燈＋R2＝20 Ω＋10 Ω＝30 Ω電源電壓為：U＝IR＝0.2 A×30 Ω＝6 V
當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S1、S2，變阻器滑片移動(dòng)到a端時(shí)，R2阻值為零相當(dāng)于導(dǎo)線，此時(shí)燈L與電阻R1組成并聯(lián)電路，電壓表測(cè)量的就是電源電壓，其示數(shù)為6 V. 燈泡正常發(fā)光，所以燈泡的額定電流為I燈額＝ ＝ ＝0.3 A通過(guò)電阻R1的電流為：I1＝I′－I燈額＝0.4 A－0.3 A ＝0.1 AR1的電阻為：R1＝ ＝ ＝60 Ω燈泡的額定功率為P燈額＝U燈額I燈額＝6 V×0.3 A＝1.8 W
5. 如圖所示的電路中，電源電壓恒定，燈泡L上標(biāo)有“6 V　3 W”的字樣，R1為定值電阻，滑動(dòng)變阻器R2上標(biāo)有“10 Ω　0.8 A”的字樣，電流表 的量程為0～3 A，電壓表 的量程為0～3 V，忽略溫度對(duì)燈絲電阻的影響．求：(1)燈泡L的電阻；
(2)閉合S、S1與S2時(shí)，燈泡L正常發(fā)光，電流表 的示數(shù)為1.5 A，求電源電壓U和R1的阻值；(3)閉合S，斷開(kāi)S1和S2時(shí)，在確保電路安全的前提下，求滑動(dòng)變阻器R2接入電路的阻值范圍和電路總功率的變化范圍．
①請(qǐng)?jiān)趫D1框中畫(huà)出閉合S、S1與S2時(shí)的電路圖②請(qǐng)?jiān)趫D2框中畫(huà)出閉合S，斷開(kāi)S1和S2時(shí)的電路圖．
解：(1)由P＝ 得，
(2)開(kāi)關(guān)S、S1與S2都閉合時(shí)，電壓表和R2被短路，此時(shí)R1和燈泡L并聯(lián)，燈泡L正常發(fā)光，電流表測(cè)干路上的電流．小燈泡L的額定電壓為U額＝6 V，所以可得電源電壓U＝U額＝6 V通過(guò)小燈泡的電流通過(guò)R1的電流I1＝I－IL＝1.5 A－0.5 A＝1 A由歐姆定律可得，電阻R1的阻值
(3)閉合開(kāi)關(guān)S，斷開(kāi)S1、S2時(shí)，R1和R2串聯(lián)，L斷路，電壓表測(cè)R2兩端的電壓，為保證各電路元件安全使用，當(dāng)變阻器接入電路的阻值最大時(shí)，電壓表的示數(shù)最大為Umax＝3 V，則U1＝U－Umax＝6 V－3 V＝3 V此時(shí)電路中電流為所以變阻器接入電路的最大阻值為R2max＝R1＝6 Ω電路消耗的最小功率為Pmin＝UImin＝6 V×0.5 A＝3 W
當(dāng)電路中電流最大為Imax＝0.8 A時(shí)，由歐姆定律得，電路總電阻 此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最小，即R2min＝R－R1＝7.5 Ω－6 Ω＝1.5 Ω電路消耗的最大功率為Pmax＝UImax＝6 V×0.8 A＝4.8 W所以滑動(dòng)變阻器R2的可調(diào)范圍為1.5 Ω～6 Ω，電路消耗的電功率的變化范圍為3 W～4.8 W
6. 如圖所示，電源電壓為12 V且保持不變，燈泡L上標(biāo)有“6 V　3 W”的字樣，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為50 Ω，閉合開(kāi)關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)滑片P；當(dāng)變阻器接入電路的阻值為R1時(shí)，電壓表的示數(shù)為U1，R0的功率為P01；當(dāng)變阻器接入電路的阻值為R2時(shí)，電壓表的示數(shù)為U2，R0的電功率為P02.已知U1∶U2＝1∶2，R1∶R2＝3∶1，P01＋P02＝4.5 W．求：(1)S1閉合，S2斷開(kāi)，燈泡L正常發(fā)光時(shí)，電路的總功率；(2)S1、S2閉合時(shí)，電阻R0的電功率P01和P02；(3)電阻R0的阻值．
解：(1)燈泡正常發(fā)光，所以電路電流為燈泡的額定電流 ，由于電路為串聯(lián)電路，所以電流處處相等，則電路消耗的總功率：P＝UI＝12 V×0.5 A＝6 W
(2)根據(jù)公式P＝ 可得P01＝ ，P02＝ ，U1∶U2＝1∶2，所以P01∶P02＝1∶4又因?yàn)镻01＋P02＝4.5 W，所以P01＝0.9 W，P02＝3.6 W