电学压轴题
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇电学压轴题范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
中考物理试题中常有一些电学综合题,它考查在电路连接和变换中的电流、电压、电阻、电功、电热、电功率、电磁等多个物理量;考查欧姆定律、焦耳定律以及串并联电路的特点;考查计算公式I= 、P=UI、W=UIt、Q
=I2Rt以及它们的变形公式的应用.因此,电学综合题历来是中考题中的压轴题、拉分题.电学综合题考查的题型可以涉及填空、选择、作图、探究实验以及计算题.
在中考复习时,同学们应熟知各物理量的概念和它们的内在联系,熟知物理现象和规律,熟知公式应用的条件以及它们的变化,熟知由于开关的变化、滑动变阻器滑动片位置的变化引起的电路变化.解答这类习题,需要应用到概念辨析、观察比较、控制变量、图像分析、公式计算、实验操作等方法.
本文主要分析由于开关的变化、滑动变阻器滑动片位置的变化引起电路变化的这一部分问题.
一、开关控制类
例1如图1所示电路,电源电压为6V不变,L1、L2是额定电压均为6V、电阻均为10Ω的相同灯泡(忽略温度对灯泡电阻的影响).下列说法中,正确的是().
A.当仅闭合S1、S2时,L1、L2都不能正常
发光
B.当仅闭合S2、S3,时,L1亮,L2不亮
C.当仅闭合S1、S3时,电流表的示数为0.3A
D.当仅闭合S3时,电路总电阻为20Ω
解析解答这类习题,首先要辨明当一个或几个开关闭合和打开后,电路中的各元件是串联还是并联,然后再利用相关的条件计算分析出正确的答案.
当仅闭合S1、S2时,L1、L2并联在6V电压下,由于L1、L2的额定电压均为6V,因此都能正常发光;当仅闭合S2、S3时,L1被S2短路,只有L2发光;当仅闭合S1、S3时,L2被S1短路,只有L1发光,根据欧姆定律可计算出电流表的示数为0.6A;当仅闭合S3时,L1、L2串联,所以电路总电阻为20Ω.
本题应选D.
例2冬天,李霞同学使用电热毯时,发现电热毯有高温挡和低温挡,她找来说明书,发现电热毯的电路图如图2所示,电热毯工作时电路要么处于A状态:S1闭合,S2断开,S3接1;要么处于B状态:S1闭合,S2闭合,S3接2.
(1)判断A、B状态分别对应电热毯哪个挡,并说明理由;
(2)已知电热毯在220V电压下工作时,低温挡工作时消耗的功率是48.4W,R1∶R2
=4∶1,试求R1、R2分别为多少?
解析开关S1、S2、S3的不同组合,控制着电路的通、断和短路,控制着电阻R1、R2的串联、并联及各自独立工作等6种连接方式.为了避免短路现象的出现,本题中S2、S3是一个联动开关,它只让R1、R2处于串联(S2断开,S3接1)或并联(S2闭合,S3接2)的工作状态下,所以本题实质是考查串、并联电路的工作特点及相关计算.
(1)A状态对应低温挡,B状态对应高温挡
理由:A状态,R1、R2串联,电功率PA= ;
B状态,R1、R2并联,电功率PB= ;
R串>R并,所以PA
(2)由(1)问分析可知
R1+R2= = =1000Ω.
又R1∶R2=4∶1,R1=800Ω,R2=200Ω.
例3在如图3所示的电路中,电源电压不变,开关S处于闭合状态.当开关S1、S3断开,S2闭合时,电阻R1与R2的总电功率为P1,且P1=6.4W,电压表示数为U1;当断开S1,闭合S2、S3时,电阻R2的功率为P2,且P2=6W,电压表示数为U2;当闭合S1,断开S2、S3时,电流表示数为1.6A.已知
U1∶U2=4∶3,R1=4Ω.求:(1)电源电压;(2)电阻R3的阻值.
解析当电路较为复杂时,宜先画出各种状态下的简图进行分析.
(1)当开关S1、S3断开,S2闭合时,简化的电路如图4所示,从图4看出R1、R2、R3串联,电压表测R1、R2的电压,电流表测串联电流.
(2)当断开S1,闭合S2、S3时,简化的电路如图5所示,从图5看出R2、R3串联,电压表测R2的电压,电流表测串联电流.
(3)当闭合S1,断开S2、S3时,简化的电路如图6所示,R1、R2串联.
在三种情景下,用相应的公式代入已知的物理量便可求解.
(1)当开关S1、S3断开,S2闭合时,I1
= ,P1= =6.4W.
(2)当断开S1,闭合S2、S3,时,
P2= =6W.
(3)当断开S1,闭合S2、S3时,
I3= =1.6A.
U12=(R1+R2)×6.4W,U22=R2×6W,
= = 2,解得
R2=1.5R1=6Ω.
U=(R1+R2)・I3=(4Ω+6Ω)×1.6A=16V,
U2= = =6V.
R3两端的电压为U3=U-U2
=16V-6V=10V,
R3中的电流为I2= = =1A,
R3= = =10Ω.
二、滑动变阻器控制
例4如图7所示电路,电源电压恒定,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.闭合开关S后,在滑动变阻器滑片P向左滑动的过程中().
A.电压表V的示数变小
B.电灯的亮度变暗
C.电流表A2的示数变大
D.电流表A1的示数变小
解析分析电路可知,本题是RL、R、R0的并联电路,当滑动变阻器R滑片P移动时,不影响R0支路的工作.由于电流表A1测量的是通过RL和R的电流,当滑片P向左移动时,滑动变阻器接入电路的电阻增大,通过的电流减小,电流表A1中的电流也减小,示数变小,因此A、B、C选项错误.
本题应选D.
例5某调光灯电路如图8所示,当滑动变阻器滑片P滑至a端时,灯泡L的功率为36W;滑片P滑至b端时,灯泡L的功率为9W,则滑片P滑至ab的中点时,灯泡L的功率为().
A.16W B.18W
C.22.5WD.25W
解析由于滑动变阻器滑片P三种不同的移法,小灯泡L处于三种不同的工作状态.当滑片P滑至a端时,只有灯L接入电路;当滑片P滑至b端时,灯L与滑动变阻器串联接入电路,灯L两端的电压为U2;当滑片P滑至ab的中点时,灯L与 滑动变阻器串联接入电路.由于电源电压不变,因此再用已知条件可列出等式求解.
滑片P滑至a端时P1= =36W,
滑片P滑至b端时P2= =9W.
虽然灯泡在不同的工作状态下其电阻会发生变化,但通常在题中未强调的情况下,一般认为灯泡的电阻不变.
= = = =4, =2.
根据分压定律 = = ,RL=R.
当滑片P滑至ab的中点时,
U3= ・U= ・U= U,
P3= = = ×
= ×36W=16W.
本题应选A.
例6小华同学在“测定小灯泡的功率”实验中,所用电源电压为4.5V、7.5V和9V中的一个,滑动变阻器上标有“20Ω2A”字样,小灯泡标有“4.5V”字样,估计小灯泡的额定功率小于1.5W.他按图9连接好电路,先将变阻器的滑片移至端(选填“A”或“B”),然后闭合开关S,再移动变阻器的滑片P,观察到小灯泡发光逐渐变(选填“亮”或“暗”).当小灯泡正常发光时,变阻器的滑片P恰好在中点上(即连入电路的电阻为10Ω).小华所用的电源电压为V,小灯泡的额定功率为W.
解析本题是一道填空型实验题,考查的知识点主要有:电源的选择、实验正常操作及电路的计算.
正常的实验操作应该是:按电路连实验电路时,开关S应断开,滑动变阻器滑片应放在阻值最大处即A端.此时滑动变阻器R与灯L串联,连入电路的电阻最大,闭合开关S后,电路中的电流最小,灯最暗.当向右移动滑片P减小连入电路的电阻后,灯应逐渐变亮.
因为小灯泡的额定电压为4.5V,额定功率小于1.5W,灯泡的额定电流小于
I= = = A,
灯泡的电阻RL应大于
R′= = =13.5Ω.
L、R串联,R串=R′+R=13.5Ω+10Ω
=23.5Ω.
U
当滑动变阻器接入电阻为10Ω时,灯正常发光,灯两端电压为4.5V,滑动变阻器两端电压为3V,此时通过灯泡的电流
I额= = =0.3A,
P额=U额I额=4.5V×0.3A=1.35W.
本题依次应填:A亮7.51.35W
二、开关和滑动变阻器控制
例7如图10所示,电源电压保持不变,滑动变阻器的最大阻值为R3.将滑动变阻器的滑片置于中点,断开开关S1、闭合开关S2时,电流表的示数为0.3A,电压表的示数是3V,R2消耗的电功率为2.7W;将滑动变阻器的滑片移到最左端,同时闭合开关S1、S2时,电流表的示数为0.7A.求:(1)电源电压;(2)R3的阻值;(3)R1、R2的阻值;(4)将滑动变阻器的滑片移到最右端,断开开关S2,闭合开关S1时,电压表的示数及R1消耗的电功率.
解析本题图形复杂,开关和滑动变阻器的变化和已知的数据较多,因此解题时应按题意画出图11和图12两幅简图,标上已知物理量,然后分析、计算.
(1)将滑动变阻器的滑片置于中点,断开开关S1、闭合开关S2时,R2与R3串联
U2= = =9V,
U=U2+U3=3V+9V=12V.
(2)将滑动变阻器的滑片置于中点,断开开关S1、闭合开关S2时,R2与R3串联
= = =10Ω,R3=20Ω.
(3)R2= = =30Ω.
将滑动变阻器的滑片移到最左端,同时闭合开关S1、S2时,R1与R2并联,
I2= = =0.4A,
I1=I-I2=0.7A-0.4A=0.3A,
R1= = =40Ω.
(4)将滑动变阻器的滑片移到最右端,断开开关S2、闭合开关S1时,R1与R3串联
I= = =0.2A,
U3=IR3=0.2A×20Ω=4V,
P1=I 2R1=(0.2A)2×40Ω=1.6W.
例8图13所示电路,电源电压不变,灯泡L标有“6V3W”字样.当S闭合,S1、S2断开,滑片P从b端滑到中点时,电流表的示数变化了0.1A,此时电压表的示数为6V;保持滑片P的位置不变,闭合S1、S2,电流表的示数又变化了2A.则电源电压和定值电阻R0的阻值分别为().
A.8V16ΩB.8V4Ω
C.10V16ΩD.10V8Ω
解析首先应计算出灯L的正常工作电阻,然后按照题中所给条件逐步列出等式计算.要注意:题中未给出电流的具体数值,只说“变化了0.1A”、“又变化了2A”.我们要根据三次电路的变化情况,推理出电流是变大了还是变小了.
从图14可以看出:由图(1)到图(2)的变化,电路中的电流应增大0.1A;由图(2)串联到图(3)并联的变化,电路中的电流应增大2A.
RL= = =12Ω.
当S闭合,S1、S2断开时,电灯L与滑动变阻器R串联.
滑片P在b端时,Ib= ,
滑片P在中点时,电压表的示数为6V,灯L正常工作,Ia= = =0.5A.
Ia-Ib=0.1A,Ib=0.4A,
Ia= =0.5A,Ib= =0.4A.
代入RL=12Ω,R=8Ω,U=8V.
滑片P在中点,闭合S1、S2时,电灯L被短路,R0与R并联,电路中电阻变小电流变大.I并-Ia=2A,I并=2.5A,
I并= + = + =2.5A,
R0=16Ω.
本题应选A.
例9小红同学自制了一个卡通福娃,她想用亮度可调节的红、绿灯做它的眼睛.她选用规格为“6V3W”的红灯和“6V6W”的绿灯及“18Ω1.5A”的滑动变阻器等元件设计了如图15的电路.当闭合开关S、S1、S2,滑动变阻器的滑片P移至b端时,两灯都正常发光(电源电压不变).问:
(1)电源电压为多少伏?
(2)两灯都正常发光时电流表的示数为多少?
(3)S、S2闭合,S1断开,电流表示数为0.25A时,滑动变阻器连入电路的电阻为多少?
(4)该电路中最大电功率和最小电功率分别为多少?
解析本题属于一道电学综合性考题,考查了电路的判断、欧姆定律、电功和电功率等,体现了新课标中加强学生应用所学知识分析和解决问题的能力及综合思维能力.
(1)S、S1、S2都闭合、滑片P在b端时,两灯并联,R1=0,因为两灯都正常发光,所以电源电压U=6V.
(2)两灯都正常发光时,A的示数为干路上的电流,I=I红+I绿= + =1.5A.
(3)当S、S2闭合,S1断开时,变阻器R1与L绿串联,R绿= = =6Ω,
总电阻R= = =24Ω,
滑动变阻器连入电路的电阻
R1=R-R绿=24Ω-6Ω=18Ω.
(4)当S、S1、S2都闭合,滑片P在b端时,滑动变阻器的电阻为0,两灯并联并且两灯都正常发光,此时总电阻最小,电路中的电功率最大,P最大=6W+3W=9W;当S、S1闭合、S2断开,滑片P在a端时,滑动变阻器与红灯串联,此时总电阻最大,电路中的电功率最小,此时R1=18Ω,R红= = =12Ω,最小功率P最小= = =1.2W.
(本文作者系江苏省物理特级教师)