电学专题09 电学压轴题“讨论型电学计算题”专题突破2019届中考物理专项复习(25页)
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1、电学压轴题“讨论型”电学计算题”专题突破考点分析此类电学压轴题是“专题 20”电学“ 变化范围型”计算题专题的延伸与补充,此类题型通常需要根据题意考虑多种情况,如有些题需要考虑电表的量程如何选择,有些题型需要考虑电流在电路中的位置,有的题型需要考虑电源的变化,有的题型需要考虑滑动变阻器的规格;总之正确解答此类题必须对各种情况进行讨论,一定不能顾此失彼。考点突破(1)给出某个表的示数但不给出量程,让我们根据题意判断所给电表量程,然后根据指针的示数进行相应的计算,或者根据题意讨论电表量程的两种情况再根据假设的量程,读出不同的电流或电压值,根据不同的量程及不同示数,然后计算其它物理量。(2)给出电流
2、表或电压表的量程或示数,让我们根据题意的某些条件,讨论电流表或电压表可能的位置,并根据电流表或电压表可能的位置,读出相应的示数,从而计算其它物理量。(3)先给出某一个多开关的电路,然后通过不同开关的组合关、闭情况,讨论电路的连接情况,然后要么讨论电源的变化范围,要么讨论并计算电路中总功率的变化范围,或讨论并求出变阻器的变化范围。(4)给出电流表或电压表量程或者给出灯泡的额定电压及额定功率,或者给出变阻器的规格,要求保证电路安全,求出相应的某些量如:求电路中某个用电器两端电压的变化范围,或要求求出变阻器连入阻值的变化范围或者求出变阻器的规格,或要求求出电源的取值范围 i。(5)给出一个多开关电路
3、,通过开关改变电路的连接,或者用一个新电阻或新滑动变阻器代替原来电路的某个电阻,要求求出某个电路中电流表或电压表的示数或变化范围等。(6)若题中两个电表的指针偏转角度相同的,则必须对电表所选择的量程进行讨论,并根据每个电表及每种量程分度值的不同,得出不同情况下的电流值或电压值,然后进行其它计算,此种题型通常采用假设法。(7)当题中通过图像给出某个用电器或电阻的电流与电压或电流、电压与功率的关系时,应从图像入手找出把所给物理量的关系做突破点,列方程组去求解其它物理量。考点典例例 1:(2018 河北中考试题)如图 28 所示,电源电压不变,灯 L 的额定电压为 10V,滑动变阻器的规格为“10、
4、1A”闭合开关当滑片 P 置于距左端 1/3 处时,灯泡正常发光,电流表恰好满偏,电表表盘如图 29所示,求(1)求灯泡的额定功率及电源电压?(2)用定值电阻 R2 替换小灯泡,再将另一个电压表 V2 接入电路,其它部分电路连接不变,闭合开关,当滑片 P 移动到某一位置时,两个电压表指针偏转角度相同,且表 V2 示数大于 V1 示数,两种电表偏转角度为 2:1,求 R2 可能值?【答案】 (1)6W 12V (2)40 或 50.【解析】(1)由变阻器的规格为“10、1A”且要求电流恰好满偏可知,电流表应选择 00.6A 量程,且此时电流为0.6A,则此时灯泡正常发光, P 怕 =U 额 I=
5、0.6A10V=6W。此时变阻器连入的阻值 R1=10/3,所以此时 R1 两端电压 U1=IR1=0.6A10/3=2V,所以电源电压 U=2V+10V=12V.(2) 因为用定值电阻 R2 替换小灯泡,再将另一个电压表 V2 接入电路,其它部分电路连接不变,所以电压表V1 要么和 R2 并联,要么和电源并联,由题意:V 2 示数大于 V1 可知,电压表 V1 选择 03V 量程,而 V2 选择 015V 量程,因为此时 V1 示数为 2V,根据两表偏转角度相同可知,此时 R2 两端电压为 10V,因为此时两个电压表指针均偏转过了表盘的中线所以两种电表偏转角度为 2:1 一定是电压表与电流表
6、的偏转角度为 2:1,由所给电表刻度的特点及两个电压表示数可知:此种情况下电流表的示数应为 0.2A,则此时 R2 的值为 R2=U/I=10V/0.2A=50.当电压表 V2 并联在电源两端时,V 2 的示数为 12V,由于两个电表偏转角度相同由表盘的特点可知,此时 R1 两端电压为 2.4V,此时 R2 两端电压为 9.6V,同理可知,由于电压表和电流表偏转的角度为 2:1 所以此时电流表的示数应为 0.24A,所以此时 R2 连入的阻值应为R2=9.6V/0.24A=40;所以综合上述分析满足题意的 R2 的阻值为 50 或 40.【名师点睛】此题是一道中等难度的分析讨论题,要正确解答此
7、题应抓住题中的几个关键字眼才可。解答此题(1)的关键是:先根据滑动变阻器的规格确定电流表的量程,从而根据题意确定此时电路中电流表的示数,然后即可根据题意求出对应的灯泡的额定功率及电源电压。解答(2)的关键是,应根据题意:V 2 接入电路,其它部分电路连接不变,可确定 R2 的两种可能连接的位置,再根据两个电压表指针偏转角度相同,且表 V2 示数大于 V1 示数,可确定两个电压表所选的量程,即可确定两个电压表示数,然后根据两种电表偏转角度为 2:1 及电压表的偏转情况确定一定是电压表与电流表的偏转角度是 2:1,从而确定电流值,然后根据欧姆定律可求解电阻 R2 的两个可能值。例 2:(2018
8、兰州中考)如图甲所示,电阻 R1 的阻值为 20,滑动变阻器 R2 上标有“50、2A”的字样,当滑动变阻器的滑片 P 移到 a 端时,闭合开关 S,电流表的示数为 0.3A,(1)求电源电压 U?(2)若将一只电压表并联接在该电路 AB、BC、或 AC 两端,调节滑动变阻器 R2 的滑片 P,使电压表的指针指在图乙所示的位置,请指出电压表所有可能连接的位置,并求出滑动变阻器 R2 对应的电阻值?【答案】(1)6V (2)见下面解析部分。【解析】(1)当滑片 P 移到 a 端,闭合开关 S,电路中只有电阻 R1,故电源电压 U=IR1=0.3A20=6V。(2)由图乙及电源电压为 6V 可知,
9、电压表此时应选小量程,示数为 2V,电压表接在 AB 两端时,测 R1两端电压,由于电源电压为 6V,故滑动变阻器两端电压为 4V,则 R2=2R1=220=40,且 40 小于滑动变阻器的最大阻值 50,所以这是可能的;电压表接在 BC 两端时测变阻器两端的电压,电压表的示数为2V,由于电源电压为 6V,故电阻 R1 两端电压为 4V,则此时 R2=R1/2=10,10 小于滑动变阻器的最大阻值 50,所以这是可能的;如果电压表接在 AC 两端时,测电源电压,故其示数应等于 6V,不可能是2V,故电压表不可能接在 AC 两端。【名师点睛】此题是一道简单的电压表位置的讨论题,根据题图可知,电压
10、表只有三个可能,即要么和 R1并联,要么和 R2 并联,要么和电源并联,在这三种情况下又根据题意可知电源电压为 6V 所以可知,此时电压表为 2V,然后再根据变阻器的规格和电压表示数及电源电压值可确定,电压表即可能并联在 R1 两端,也可能并联在 R2 两端,并可根据串联分压特点,可求出对应的变阻器连入的阻值。例 3:(2019 河北中考预测试题)在如图所示的电路中,电源电压为 18V,定值电阻 R1 的阻值为 12,闭合开关 S,电压表 V2 的示数是 V1 的 2 倍,现用一个“100、2A”的滑动变阻器替换定值电阻 R1 或 R2,两电压表的量程都是 015V,电流表的量程是 03A ,
11、要求:闭合开关 S,移动滑动变阻器的滑片,在保证各元件都能正常工作的情况下,电路的总功率最大。 (1)求 R1 的阻值?(2)为满足上述要求,请通过计算说明应选用滑动变阻器替换哪个定值电阻?(3)求出替换元件后电路的最小功率?【答案】(1)24(2)替换定值电阻 R2(3)4.5W【解析】 (1)因为电压表 V2 的示数是 V1 的 2 倍,电源电压是 18V,所以 U1=6V,U 2=12V,电流I=I2=I1=U1/R1=6V/12=0.5A,R2 的电阻 R2=U2/I2=12V/0.5A=24.(2)若用滑动变阻器替换 R1,当电压表 V2 的示数为 15V 时,电路中电流最大,电路的
12、总功率最大,电路中的最大电流 I 最大 =U2 最大 /R2=15V/24=0.625A,电路的最大功率 P 最大 =UI 最大 =18V0.625A=11.25W。若用滑动变阻器替换 R2,当电压表 V2 的示数为 15V 时,电路中电流最大,电路的总功率最大,电路中的最大电流 I 最大 =U2 最大 /R1=15V/12=1.25A,电路的最大功率 P 最大 =UI 最大 =18V1.25A=22.5W。所以由以上分析应用滑动变阻器替换定值电阻 R2.(3)用滑动变阻器替换 R2 后,当电压表 V2 的示数等于 15V 时,R 1 两端电压最小,电流最小,电路的功率最小,电路中的最小电流
13、I 小 =U1 最小 /R1=18V15V/12=0.25A,电路中的最小功率 P 最小 =UI 最小=18V0.25A=4.5W。例 4:(2018 盐山第二中学中考模拟试题)如图所示的电路中,电源电压为 18V 且不变,电阻 R1 为定值电阻,灯泡标有“6V、3W” 字样,滑动变阻器 R2 上标有“20、1A” 字样,所用的电表为学校实验室常用的电表,电流表量程为“00.6A 、03A”;电压表量程为“03V”,015V” (1)只闭合开关 S 和 S1,调节滑动变阻器的滑片,当灯泡正常发光时,求整个电路的总功率?(2)只闭合开关 S 和 S2,调节滑动变阻器的滑片,当电压表示数为 12V
14、,电流表的示数为 0.4A,求电阻 R1 的电阻?(3)只闭合开关 S 和 S2,调节滑动变阻器的滑片,发现电流表和电压表偏转角度相同(可能重新选择了电表量程)且整个电路能够安全工作,讨论并计算此时电流表示数的可能值?【答案】 (1)9W (2)15 (3)1.125A 或 0.9A。【解析】(1)灯泡正常发光时,通过灯泡的电流由 P=UI 可得 I=P/U=3W/6V=0.5A,则电路总功率P=UI=18V0.5A=9W。(2)R 1 两端电压 U1=U 总 U 0=18V12V=6V 则 R1 的阻值 R1=U/I=6V/0.4A=15.(3)若电流表选择量程为 00.6A ,电压表选择
15、03V,设此时偏转 n 格,则电流表示数为 0.02n,电压表示数为 0.1n,则(U 电压表 /I 电流表 )+R1=U 总 /I 电流表 即(0.1n/0.02n)+15=18V/0.02n,解得 n=45,则 U 电压表=0.1n=4.5V3V,不合题意。同理,当电流表选择量程 00.6A ,电压表选择 015V 时,解得 n=22.5,电流表示数为:I 电流表=0.0222.5A=0.45A 且此时滑动变阻器阻值为:R 2=11.25V/0.45A=2520,不符合题意。若电流表选择 03A 量程,电压表选择 03V 量程,设偏转了 n 格,电流表示数为 0.02n,电压表示数为 0.
16、02n,带入(U 电压表 /I 电流表 )+R 1=U 总 /I 电流表 得:n=56.25 则 I 电流表 =0.0256.25=1.125A,则滑动变阻器R2=10 满足条件。若电流表量程选择 03A 量程,电压表选择 015V 量程,则有 n=45 则此时 I 电流表 =0.0245=0.9A,则此时 R2=12.5 满足条件。【名师点睛】此题考查了电路的基本理解和简单的计算,此题的难点是第(3)问,应讨论 4 种不同的情况,设指针偏转了 n 个格,并根据四种不同的量程选择,及不同量程对应的分度值,结合题意讨论各种情况下与题中已知条件是否矛盾,最终可得当情况下符合题意,得出电流表示数的两
17、种可能情况。例 5:(2018 河北中考理综押题卷)如图 21 所示,电源电压保持不变,电流表没有画出,其中滑动变阻器 R 的最大阻值为 30,R 0 为定值电阻,小灯泡 L 上标有“12V 、12W” 的字样。求(1)小灯泡 L 的额定电流?(2)只闭合开关 S 当滑片 P 位于距右端 1/5 位置时,小灯泡 L 恰好正常发光,求电源电压?(2)现有标有“20、 2A”和“50 、2A”字样的两只滑动变阻器。用其中一只变阻器替换滑动变阻器 R 后接入电路,闭合所有开关,在保证电路安全的情况下,移动滑片 P,电流表示数的变化范围为 1.3A2.4A 。若用另一个滑动变阻器替换 R 后接入电路,
18、闭合所有开关,在保证电路安全的情况下移动滑片 P,求电路消耗的最大和最小功率?【答案】 (1)1A(2)18V (3)43.2W 13.68W 。【解析】(1)因为 P=UI,所以小灯泡的额定电流 I=P 额 /U 额 =12W/12V=1A.(2)只闭合 S 滑动变阻器 R 与灯 L 串联,滑动变阻器连入电路的阻值为 R=301/5=6,因为灯正常发光,所以 UL 额 =12V,I=I 额 =1A,则滑动变阻器两端电压 UR=1A6=6V,所以电源电压 U=12V+6V=18V。(3)闭合所有开关时,滑动变阻器 R 与 R0 并联,因为电流表最大示数为 2.4A 大于变阻器允许通过的最大电流
19、,所以电流表应位于干路上,此时通过定值电阻 R0 的电流为 I0=2.4A2A=0.4A 所以R0=U/I=18V/0.4A=45.当电流表最小示数为 1.3A 时,通过滑动变阻器的电流 I 变 =1.3A0.4A=0.9A,则此时滑动变阻器连入电路的阻值 R 变 =18V/0.9A=20;所以第一次使用的是“20、2A”的滑动变阻器。第二次将“50、2A”的滑动变阻器接入电路,因为 I 变大 =2A,I 0=0.4A 不变,所以干路电流为 2.4A 不变,电路消耗的最大功率 P 大 =18V2.4A=43.2W;当 R 变 =50 时,P 变 最小,电路的总功率最小,则 P 变小 =(18V
20、)2/5050=6.48W,此时 P0=18V0.4A=7.2W,所以此时电路消耗的最小功率 P 小 =6.48+7.2W=13.68W。【名师点睛】此时是一道难度较小的变化范围的电学题,解答此题只要抓住所给滑动变阻器的最大电流,再根据电流表的变化范围,即可确定电流表所在的位置,这是正确解答此题的关键;然后再根据电路中所给的两个电流值,即可确定两次连入电路的滑动变阻器的规格。解答此题的另一关键是:弄清当开关均闭合时,电路的连接情况,然后根据并联电路的电压、电流特点并利用 P=U2/R 即可求出电路的最大功率与最小功率。例 6:(2017 石家庄四十二中模拟试题)如下图甲所示的电路中,电源电压为
21、 18V 保持不变,电阻 R1 的阻值为 10,R 2 的阻值为 20,电流表、电压表的表盘如图乙所示,闭合开关 S, (1)求电流表 A 的示数?(2)求电阻 R2 消耗的电功率?( 3)现有三个滑动变阻器,A:10、2A ,B :20、2A ,C :50 、1A,请选择一个滑动变阻器替换 R1 或 R2,要求电流表选择合适的量程,闭合开关 S 后,在保证电路各元件都正常工作的情况下,通过调节滑片 P 的位置,能使电流表 A 的示数变化量最大。(a)应选择滑动变阻器 替换定值电阻 。 (b)请算出电路中电流表 A 的最大变化量I,以及所对应的滑动变阻器接入电路中的阻值变化范围?【答案】 (1
22、)0.6A(2)7.2W (3)B 、R 2, ;0.9A,220。【解析】(1)电路为串联电路,电流表测电路中电流 I=U/R1+R2=18V/10+20=0.6A。(2)电阻 R2 消耗的功率 P2=I2R2=(0.6A ) 220=7.2W。(3) (a)B 、R 2 (b)滑动变阻器全部阻值接入电路时,即 R 滑 =20,电路中的电流最小,I 小 =U/R1+R 滑=18V/10+20=0.6A,滑动变阻器接入电路的阻值最小时,电路中的电流最大,此时电阻 R1 两端电压最大值不能超电压表 V1 的最大量程, U1 大 =15V,I 大 =U1 大 /R1=15V/10=1.5A,滑动变
23、阻器接入电路的最小电阻 R 滑 =UU 1 大 /I 大 =18V15V/1.5A=2 ;电流表最大变化量I=I 大 I 小 =1.5A0.6A=0.9A ,滑动变阻器阻值变化范围为 220。例 7:(2018 河北中考命题组原创试题)如图 7 所示的电路,已知电源电压保持不变,R1=24,R 2=120,两电表均为双量程,电流表的量程为 00.6A 和 03A,电压表的量程为 03V 和015V。 (1)若只闭合开关 S1 时,电流表的示数为 0.5A,则电压表示数为多大?(2)只闭合开关 S3 时,电路的总功率为多大?(3)现用阻值不同的电阻 R3 替换 R2,替换后要求:通过控制开关的断
24、开或闭合,使两电表中至少有一个示数能达到某个量程的最大值,且两个电阻都有电流通过,请通过计算求出符合上述要求的所有可能的定值电阻 R3 的阻值?【答案】 (1)12V (2)1.2W (3)72 或 4.8【解析】 (1)只闭合 S1 时,电路中只有 R1,电流表的示数为 0.5A,则电压表的示数U1=IR1=0.5A24=12V,即电源电压 U=12V(2)只闭合 S3 时,电路中只有 R2,R 2 两端的电压等于电源电压 12V,电路中电流为I=U/R2=12V/120=0.1A,则电路的总功率为 P=UI=12V0.1A=1.2W。(3)分析可知,当电阻 R1 和 R3 均接入电路时,因
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