精品试题20届中考物理压轴培优练 专题17 电学替换类问题解析版.docx
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精品试题20届中考物理压轴培优练专题17电学替换类问题解析版
压轴专题17电学替换类问题
1.(2018•奉贤区一模)如图所示,电源电压为6伏且不变,滑动变阻器R2上标有“50Ω 0.5A”字样。
闭合电键,移动滑片P到某位置时,电压表、电流表的示数分别为4.5伏和0.2安。
求:
(1)滑动变阻器R2接入电路的阻值。
(2)10秒内通过电阻R1的电荷量Q。
(3)现有“5Ω 1A”、“10Ω 0.5A”、“20Ω 1A”三种规格的滑动变阻器,从中选择一个来替换R2,要求:
闭合电键后滑片P在移动过程中,两电表指针分别达到某量程的满刻度且电路能安全工作。
①应选择 “20Ω 1A” 规格的滑动变阻器;
②满足上述要求时,滑动变阻器连入电路的阻值范围。
【答案】:
(1)滑动变阻器R2接入电路的阻值为22.5Ω;
(2)10秒内通过电阻R1的电荷量Q是2C;
(3)①应选择“20Ω1A”规格的滑动变阻器;
②满足上述要求时,滑动变阻器连入电路的阻值范围是2.5≤R2≤7.5Ω。
【解析】:
(1)由I
可得滑动变阻器接入电路的阻值:
R2
22.5Ω;
(2)由串联电路特点求出R1两端电流,
I=I1=I2=0.2A
10秒内通过电阻R1的电荷量:
Q=It=0.2A×10s=2C;
(3)由I
得电阻R1
7.5Ω,
两电阻串联,通过两电阻的电流相等,要使两电阻电压相等,
则两电阻阻值应相等,闭合电键后滑片P在移动过程中,两电表指针分别达到某量程的满刻度且电路能安全工作,即电流大于0.5A,因此滑动变阻器应选规格为“20Ω1A”的;
题中要求电压表能达的最大值,若选0~15V量程,
因电压表并联在R2两端,电源电压为6V,
则无论选择哪一电阻都不能使电压值达到15V,故电压表量程只能为0~3V;
电流表也要能达到最大电流,
电路中的最大电流I最大
3A,或I最大′
0.6A
R
2Ω,由于R1=7.5Ω,R=2Ω不合题意;
R′
10Ω,
R2=R′﹣R1=10Ω﹣7.5Ω=2.5Ω,
U2max=U1=3V,
R2max=R1=7.5Ω,
滑动变阻器连入电路的阻值范围是2.5≤R2≤7.5Ω。
2.(2018•徐汇区二模)如图(a)所示,电源电压为18伏,且保持不变,定值电阻R1的阻值为5欧,滑动变阻器R2标有“60Ω1A”字样,两电压表的规格相同。
闭合电键S后,电流表示数为0.6安,求:
①电压表V1的示数
②电阻R2接入电路的阻值
③现用定值电阻R0替换电阻R1,要求:
移动变阻器的滑片P,使电压表V1和V2的指针分别都能处于如图(b)所示的位置,且电路正常工作
i)若电压表V1和V2的指针分别都能处于如图(b)所示的位置,电压表V1和V2的读数一定为 6 伏,理由是 如果示数为1.2V,则另一个电压表的示数为16.8V,超出了量程 。
ii)进一步分析题目要求可知,当电路中的电流I达到1A时电路中的总电阻最小,此时电压表V2的示数为 最小值 (均选填“最大值”或“最小值“),可分析推出:
R0的最小阻值为 12 欧。
iii)通过计算求出定值电阻R0的范围。
【答案】:
①电压表V1的示数为3V;
②电阻R2接入电路的阻值为25Ω;
③i)6;如果示数为1.2V,则另一个电压表的示数为16.8V,超出了量程;ii)1A;最小值;12;iii)定值电阻R0的范围为12Ω~30Ω。
【解析】:
由电路图可知,R1与R2串联,电压表V1测R1两端的电压,电压表V2测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。
①由I
可得,电压表V1的示数:
U1=IR1=0.6A×5Ω=3V;
②因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,R2两端的电压:
U2=U﹣U1=18V﹣3V=15V,
则电阻R2接入电路的阻值:
R2
25Ω;
③i)由图(b)可知,电压表的量程为0~3V时,分度值为0.1V,示数为1.2V,
电压表的量程为0~15V时,分度值为0.5V,示数为6V,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,电压表的示数为1.2V时,另一个电压表的示数为16.8V,超出了量程,此种情况不可能;
电压表的示数为6V时,另一个电压表的示数为12V,此种情况可能;
ii)由滑动变阻器的铭牌可知,电路中的电流最大为1A,当电路中的电流I达到1A时,电路中的总电阻最小,
由U=IR可知,当电路中的电流达到最大值时,R0两端的电压最大,
由串联电路中总电压等于各分电压之和可知,R2两端的电压最小,即电压表V2的示数最小,
此时电压表V1的示数为12V,电压表V2的示数为6V,
则R0的最小阻值:
R0小
12Ω;
iii)当滑动变阻器接入电路中的电阻最大且电压表V2的示数为12V时,R0的阻值最大,
此时电路中的电流:
I小
0.2A,
则R0的最大值:
R0大
30Ω,
则定值电阻R0的范围为12Ω~30Ω。
3.(2019•松江区一模)如图1所示电路中,滑动变阻器R2是规格为“20欧2安”和“5欧3安”中的一个。
闭合电键S:
①若电阻R1的阻值为20欧,电流表的示数为0.4安,求:
电阻R1的两端的电压U1。
②在电路中正确连入两个电压表,若用一定值电阻R0替换R1,当变阻器连入电路的电阻恰为其最大阻值的一半时,电流表的示数为0.3安,两电压表的示数分别如图2(a)、(b)所示。
Ⅰ.请判断所选用变阻器的规格是 “20欧2安” 。
Ⅱ.请说明电压表所接的位置并求出对应的电阻R0的值。
【答案】:
①电阻R1的两端的电压为8V;
②Ⅰ.“20欧2安”;
Ⅱ.①电压表V1并联在R2两端其示数为3V,电压表V2并联在R0两端其示数为2.4V时,R0的阻值为8Ω;
②电压表V1并联在R2两端其示数为3V,电压表V2并联在R0两端其示数为12V时,R0的阻值为40Ω;
③电压表V1并联在R2两端其示数为3V,电压表V2并联在电源两端其示数为12V时,R0的阻值为30Ω;
④电压表V1并联在电源两端其示数为15V,电压表V2并联在R0两端其示数为12V时,R0的阻值为40Ω。
【解析】:
①由图1可知,R1与R2串联,电流表测电路中的电流,
由I
可得,电阻R1两端的电压:
U1=I1R1=0.4A×120Ω=8V;
②Ⅰ.用一定值电阻R0替换R1,当变阻器连入电路的电阻恰为其最大阻值的一半时,电流表的示数为0.3安,
此时滑动变阻器两端的电压可能为:
U2=I
R2=0.3A
20Ω=3V或U2=I
R2=0.3A
5Ω=0.75V,
由图2可知,电压表V1的示数为3V或15V,电压表V2的示数为2.4V或12V,
则变阻器的规格为“20欧2安”;
Ⅱ.由题意可知,滑动变阻器两端的电压为3V,电路中的电流为0.3A,
①电压表V1并联在R2两端其示数为3V,电压表V2并联在R0两端其示数为2.4V时,
R0的阻值R0
8Ω;
②电压表V1并联在R2两端其示数为3V,电压表V2并联在R0两端其示数为12V时,
R0的阻值R0
40Ω;
③电压表V1并联在R2两端其示数为3V,电压表V2并联在电源两端其示数为12V时,
R0的阻值R0
30Ω;
④电压表V1并联在电源两端其示数为15V,电压表V2并联在R0两端其示数为12V时,
R0的阻值R0
40Ω。
4.(2019•河东区一模)在图甲所示的电路中,电源电压为24V且保持不变。
滑动变阻器R1上标有“100Ω1A”字样,电阻R2的阻值为48Ω.闭合开关S.请解答下列问题;
(1)通过电阻R2的电流是多少?
(2)现用定值电阻R3来替换电阻R2,电流表选择合适的量程,闭合开关,移动变阻器滑片P,使电流表A与A1的指针位置完全一样,如图乙所示,求出符合上述要求的定值电阻R3的阻值范围。
【答案】:
(1)通过电阻R2的电流是0.5A;
(2)定值电阻R3的范围是10Ω≤R3≤25Ω。
【解析】:
(1)通过电阻R2的电流I2
0.5A;
(2)由电路图可知,电流表A测干路电流,电流表A1测滑动变阻器所在支路电流,
所以IA>IA1,当电流表A与A1的指针位置完全一样时,
A应取0~3安量程,A1应取0~0.6安量程;
I2最大=IA最大﹣IA1最大=3A﹣0.6A=2.4A,
R2最小
10Ω;
I1最小
0.24A;
IA最小=5I1最小=5×0.24A=1.2A;
I2最小=IA最小﹣I1最小=1.2A﹣0.24A=0.96A;
R2最大
25Ω,
则用定值电阻Rx来替换电阻R2,
R3的范围是10Ω≤R3≤25Ω;
5.(2019•徐汇区二模)在如图所示的电路中,电源电压恒定为6伏,定值电阻R1阻值为10欧。
电键S闭合时,电流表示数为1安。
求:
①通过R1的电流。
②电源的电功率;
③现有三个滑动变阻器,A:
50欧2安;B:
100欧1.5安;C:
150欧1安,请选择其中一个替换定值电阻R1或R2.要求:
闭合电键S,在保证各元件都能正常工作的情况下,移动滑动变阻器的滑片分别在滑动变阻器上的三个不同位置a、b、c时,电流表示数情况如下表所示。
为满足上述要求,应选用滑动变阻器 B、C (填写代表滑动变阻器的字母)替换定值电阻 R1 (选填“R1”或“R2”),并说明理由。
滑片位置
电流表示数(安)
a
0.5
b
1.1
c
1.4
【答案】:
①通过R1的电流为0.6A;
②电源的电功率为6W;
③B、C;R1;
【解析】:
①由图知,R1和R2并联,电流表测干路中的电流,
电源电压恒定为6伏,根据并联电路电压的规律和欧姆定律,通过R1的电流为:
I1
0.6A;
②电源的电功率:
P=UI=6V×1A=6W;
③在原电路中,通过R2的电流:
I2=I﹣I1=1A﹣0.6A=0.4A,
在原电路中,因通过R1的电流I1=0.6A,由表中数据知,移动滑动变阻器的滑片分别在滑动变阻器上的三个不同位置a、b、c时,电流表示数(干路电流)分别为0.5A、1.1A和1.4A,因滑片在a处时,电流为0.5A<0.6A,根据并联电路电流的规律,故应换下R1,
根据并联电路各支路互不影响,所以通过R2的电流为0.4A保持不变,
则通过替换R1的变阻器的最小电流为:
I1小=0.5A﹣0.4A=0.1A;
由欧姆定律可得,替换的变阻器连入电路中的电阻阻值至少为:
R′1
60Ω,
而变阻器A的最大电阻为50Ω,故不可行,
而替换定值电阻的变阻器通过的最大电流为:
I大=1.4A﹣0.4A=1A,
根据BC变阻器允许通过的最大电流分别为1.5A和1A,所以只能选用滑动变阻器B、C替换定值电阻R1。
理由:
因通过R1的电流I1=0.6A,由表中数据知,移动滑动变阻器的滑片分别在滑动变阻器上的三个不同位置a、b、c时,电流表示数分别为0.5A、1.1A和1.4A,因滑片在a处时,电流为0.5A<0.6A,根据并联电路电流的规律,故应换下R1,
根据并联电路各支路互不影响,通过R2的电流为0.4A保持不变,故通过替换R1的变阻器的最小电流为:
I1小=0.5A﹣0.4A=0.1A;
由欧姆定律可得,替换的变阻器连入电路中的电阻阻值至少为:
R′1
60Ω,而变阻器A的最大电阻为50Ω,故不可行;
而替换定值电阻的变阻器通过的最大电流为:
I大=1.4A﹣0.4A=1A,
根据BC变阻器允许通过的最大电流分别为1.5A和1A,所以只能选用滑动变阻器B、C替换定值电阻R1。
6.(2017•上海)在如图所示的路中,电源电压保持不变,电阻R1的阻值为20欧,闭合电键S,两电流表的示数分别为0.8安和0.3安。
①求电源电压U。
②求通过电阻R2的电流I2。
③现用电阻R0替换电阻R1、R2中的一个,替换前后,只有一个电流表的示数发生了变化,且电源的电功率变化了0.6瓦,求电阻R0的阻值。
【答案】:
①电源电压U为6V;
②通过电阻R2的电流I2为0.5A;
③现用电阻R0替换电阻R1、R2中的一个,替换前后,只有一个电流表的示数发生了变化,且电源的电功率变化了0.6瓦,电阻R0的阻值为10Ω或15Ω。
【解析】:
由电路图可知,R1与R2并联,电流表A测干路电流,电流表A1测电阻R1支路的电流。
①闭合电键S,两电流表的示数分别为0.8A和0.3A,
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I=0.8A,通过电阻R1的电流I1=0.3A,
并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由欧姆定律可得,电源电压:
U=U1=I1R1=0.3A×20Ω=6V;
②由并联电路的电流特点可得,通过R2的电流:
I2=I﹣I1=0.8A﹣0.3A=0.5A;
③由题知,用电阻R0替换电阻R1、R2中的一个,替换前后,只有一个电流表的示数发生了变化;
若用R0替换电阻R1,则电流表A1所在支路的电阻发生变化,电流表A1的示数会发生变化,同时干路电流也会发生变化,即电流表A的示数发生变化,不符合题意;因此只能是用R0替换电阻R2;
替换前电源的电功率:
P总=UI=6V×0.8A=4.8W;
替换后电源的电功率变化了0.6W,则此时电源的电功率可能为:
P总′=P总+△P=4.8W+0.6W=5.4W,P总″=P总﹣△P=4.8W﹣0.6W=4.2W;
并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,替换前后R1的电流和功率均不变,
则R1消耗的功率:
P1=UI1=6V×0.3A=1.8W;
因替换后R1与R0并联,且电源的电功率等于各电阻消耗功率之和,
所以,电阻R0消耗的功率可能为:
P0=P总′﹣P1=5.4W﹣1.8W=3.6W,P0′=P总″﹣P1=4.2W﹣1.8W=2.4W,
由P
可得,R0的阻值可能为:
R0
10Ω,R0′
15Ω,
即电阻R0的阻值为10Ω或15Ω才能满足题中的要求。
7.(2019•河北一模)如图所示的电路中,电源电压为18伏保持不变,电阻R1阻值为10欧。
滑动变阻器R2上标有“50Ω1A”字样,电压表接“0~15V”量程。
(1)闭合电键,将滑片P移到某一位置时,电流大小为0.5安。
求电路中的总功率和电压表的示数;
(2)若用电阻R3来替换R1,不改变电表的量程,确保电路所有元件均安全使用的情况下。
要求:
在移动滑动变阻器滑片的过程中,电路中的最大电流恰好是最小电流的3倍,求满足要求的R3的阻值。
【答案】:
(1)电路中的总功率为9W,电压表的示数为13V;
(2)R3的阻值为9Ω或25Ω。
【解析】:
由电路图可知,定值电阻R1和滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压。
(1)当电路中的电流I=0.5A时,电路的总功率:
P=UI=18V×0.5A=9W,
由I
可得,R1两端的电压:
U1=IR1=0.5A×10Ω=5V,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,电压表的示数:
U2=U﹣U1=18V﹣5V=13V;
(2)用电阻R3来替换R1后,由滑动变阻器的铭牌可知,允许通过的最大电流为1A,
则电路中的最大电流可能为1A、可能为
(即变阻器接入阻值为0时),
电路的最小电流可能为可能为
(即变阻器接入阻值最大为50Ω时),
(即电压表满偏时),
因电路中的最大电流恰好是最小电流的3倍,则有以下几种情况:
①电路中的最大电流为1A,最小电流为
时,则有:
1A=3
,
解得:
R3=4Ω,
则电压表的最大示数:
U2大=I小R2大
A×50Ω≈16.7V>15V,故此种情况不可能;
②电路中的最大电流为1A,最小电流为
时,则有:
1A=3
,
解得:
R3=9Ω,
则电压表的最大示数:
U2大=U﹣I小R3=18V
A×9Ω=15V,此种情况可能;
③电路中的最大电流为
,最小电流为
时,则有:
3
,
解得:
R3=25Ω,
电路中的最大电流和最小电流分别为:
I大
0.72A<1A,I小
A,
则电压表的最大示数:
U2大=I小R3
A×50Ω=12V,此种情况可能;
④电路中的最大电流为
,最小电流为
时,
3
,此种情况不可能;
综上可知,R3的阻值为9Ω或25Ω。
8.(2018•天门)如图所示,电源电压不变,定值电阻R1=10Ω.灯泡L标有“12V3W”字样,当S,S1,S2闭合时,灯泡L正常发光,当S闭合,S1,S2断开时,电压表的示数为4V,求
(1)电源电压和R2的阻值
(2)当S闭合,S1,S2断开时,在1min内电流通过R1产生的热量
(3)若用一个滑动变阻器R3代替灯泡L,调节滑片,使所有开关都闭合时电路的总功率是只闭合S时电路总功率的4倍,求此时滑动变阻器连入电路中的阻值。
【答案】:
(1)电源电压为12V,R2的阻值为20Ω;
(2)当S闭合,S1,S2断开时,在1min内电流通过R1产生的热量为96J;
(3)此时滑动变阻器连入电路中的阻值是12Ω。
【解析】:
(1)当S,S1,S2闭合时,灯泡与电阻R2并联,由于灯泡L正常发光,电源电压U=U额=12V,
当S闭合,S1,S2断开时,电阻R1、R2串联,电压表测量R的电压,
则电流I
0.4A,
根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可得:
U2=U﹣U1=12V﹣4V=8V,
由I
可得:
R2
20Ω;
(2)当S闭合,S1,S2断开时,电阻R1、R2串联,
R1产生的热量Q1=I2R1t=(0.4A)2×10Ω×60s=96J;
(3)若用一个滑动变阻器R1代替灯泡L,使所有开关都闭合时,电阻R2、R3并联,
则总功率P总1
,
当只闭合S时,电阻R1、R2串联,
则总功率P总2
;
已知:
P总1=4P总2;
即:
4
;
解得:
R3
12Ω。
9.(2018•长宁区一模)如图所示的电路,电源电压为12伏保持不变,电阻R1的阻值为20欧,滑动变阻器R2标有“10Ω2A”字样。
闭合电键S,移动滑片P到某位置时,通过滑动变阻器R2的电流为1.4安。
求:
①通过电阻R1的电流I1。
②电路消耗的总功率P。
③现用定值电阻R0替换电阻R1,闭合电键,移动滑片P,并保证电路能够正常工作,通过a处的电流最大值为I2max;通过b处的电流最小值为Imin,且I2max=Imin.求电阻R0的阻值。
【答案】:
①通过电阻R1的电流为0.6A;
②电路消耗的总功率为24W;
③电阻R0的阻值为15Ω。
【解析】:
由电路图可知,R1与R2并联。
①因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,通过电阻R1的电流:
I1
0.6A;
②移动滑片P到某位置时,通过滑动变阻器R2的电流为1.4安,
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:
I=I1+I2=0.6A+1.4A=2A,
电路消耗的总功率:
P=UI=12V×2A=24W;
③定值电阻R0替换电阻R1后,R0与R2并联,
由滑动变阻器的铭牌可知允许通过的最大电流为2A,即a点的最大电流I2max=2A,
因I2max=Imin,即b点的最小电流为2A,
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,干路电流最小,
则
Imin,即
2A,
解得:
R0=15Ω。
10.(2018•青浦区一模)如图所示的电路中,电源电压保持不变,电阻R1的阻值为20欧。
闭合电键S,两电流表的示数分别为0.8安和0.3安。
①求电源电压U。
②求通过电阻R2的电流I2。
③现用电阻R0替换电阻R1、R2中的一个,替换前后,只有一个电流表的示数发生了变化,且电流增大了0.1安。
请判断被替换的电阻,并求出电阻R0的阻值。
【答案】:
(1)电源电压为6V;
(2)通过电阻R2的电流为0.5A;
(3)电阻R0的阻值可能为10Ω。
【解析】:
由电路图可知,R1与R2并联,电流表A1测电阻R1支路的电流,电流表A测干路电流。
(1)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I=0.8A,通过电阻R1的电流I1=0.3A,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由I
可得,电源的电压:
U=I1R1=0.3A×20Ω=6V;
(2)通过电阻R2的电流:
I2=I﹣I1=0.8A﹣0.3A=0.5A;
(3)由题知,用电阻R0替换电阻R1、R2中的一个,替换前后,只有一个电流表的示数发生了变化,且电流增大了0.1安,
若用R0替换电阻R1,则电流表A1所在支路的电阻发生变化,电流表A1的示数会发生变化,同时干路电流也会发生变化,即电流表A的示数发生变化,不符合题意;
因此只能是用R0替换电阻R2,此时干路电流为:
I′=I+△I=0.8A+0.1A=0.9A,
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以,替换前后通过R1的电流不变,
此时通过R0的电流可能为:
I0=I′﹣I1=0.9A﹣0.3A=0.6A,
则R0的阻值可能为:
R0
10Ω。
11.(2018•杨浦区一模)如图所示的电路中,电源电压为18伏,现有三个不同的定值电阻R1、R2和R3可供接入电路AB间,已知R1的阻值为60欧,R2阻值大于R3阻值(R2>R3)。
若电阻R1接入AB间,闭合电键S后,电流表的示数如图(a)所示。
①求此时电压表的示数UAB;
②求电阻R0的阻值。
③不改变两电表的量程,取下电阻R1,将电阻R2、R3先后替换R1接入AB间,发现每次替换后,电压表或电流表分别有一个达到满刻度【电压表盘如图(b)所示】。
(1)求电阻R3的阻值;
(2)求电路中接入R2时电流表的示数。
【答案】:
①求此时电压表的示数UAB为14.4V;
②电阻R0的阻值为15Ω;
③
(1)电阻R3的阻值为15Ω;
(2)电路中接入R2时电流表的示数为0.2A。
【解析】:
①由图可知,电流表的量程为0﹣0.6A,分度值为0.02A,则电流表示数为0.24A;
电阻R1接入AB间,由I
可知AB间的电压为:
UAB=IR1=0.24A×60Ω=14.4V;
②由I
可知电路的总电阻为:
R
75Ω;
根据串联电路的电阻规律可知R0的阻值为:
R0=R﹣R1=75Ω﹣60Ω=15Ω;
③不改变两电表的量程,取下电阻R1,将电阻R2、R3先后替换R1接入AB间,已知R2阻值大于R3阻值,I
可知电阻越大,电路中的电流越小;根据串联电路的分压规律可知,电阻越小分担的电压越小;故接入R2阻时,电压表满偏,接入R3阻时,电流表满偏;
(1)接入电阻R3时,电路中的电流为:
I'=0.6A;此时电路的总电阻为:
R'
30Ω;
根据串联电路的电阻规律可知R3的阻值为:
R3=R'﹣R0=30Ω﹣15Ω=15Ω;
(2)接入电阻R3时,R3两端的电压为:
U3=I'R3=0.6A×15Ω=9V,故此时电压表的量程应选择0﹣15V;
接入电阻R2时,此时电压表满偏,即R2时两端电压为15V;
根据串联电路的电压规律可知,此时R0的两端的电压为:
U0=18V﹣15V=3V;
此时电路中的电流为:
I2
0.2A;
在串联电路中,各处电流是相同的,故电路中接入R2时电流表的示数为0.2A。
12.(2017秋•浦东新区校级月考)如图所示电路中,电源电压为12伏且不变,定值电阻R1=18欧,滑动变阻器标有“10Ω1A”字样,闭合电键。
①当电流表的读数为0.5安时,求电阻R1两端的电压U1。
②若电压表选0~3伏量程,电流表选0~0.6安量程,求滑动变阻
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