2.7 电能的量度-电功率图像、比值和安全范围计算-【帮课堂】2022-2023学年九年级上册科学同步精品讲义（华师大版）

物理量 串联 并联 物理量 串联 并联 电流 电功 电压 电功率 电阻 电功率分配 分配 电热 串联电路： 并联电路： 1、如图所示，电源电压恒为 4.5V，灯泡 L 上标有“3V 1.5W”字样，滑动变阻器 R2 上标有“15Ω 1A”字样，定值电阻 R1 阻值为 10Ω，电流表量程为 0—3A，电压表量程为 0—3V，不计温度对灯丝电阻的影响．求： （1）灯泡正常工作时电阻为多大； （2）当开关 S、S1、S2 闭合，S3 断开时，电路最小总功率为多大； （3）当开关 S、S3 闭合，S1、S2 断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器 R2 的取值范围 【答案】(1)灯泡正常工作时电阻为6Ω； (2)当开关S、S1、S2闭合,S3断开时，电路最小总功率为3.375W； (3)当开关S、S3闭合,S1、S2断开时,在确保电路元件安全的情况下,滑动变阻器R2的取值范围为3Ω∼12Ω。 【解析】（1）灯泡正常工作时电阻RL=U额2/P额=（3V）2/1.5W=6Ω。 （2）当开关 S、S1、S2闭合，S3断开时，灯泡 L 被短路，定值电阻 R1与滑动变阻器 R2并联当滑动变阻器 R2阻值最大为 15Ω时，电路总电流最小，电路总功率最小通过 R1的电流 I1=U/R1=4.5V/10Ω=0.45A通过滑动变阻器R2的电流 I2=U/R2=4.5V/15Ω=0.3A；电路最小总功率 P最小=U×（I1+I2）=4.5V×（0.45A+0.3A）=3.375W； （3）当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，R1断路，灯泡L与滑动变阻器 R2串联，电压表测滑动变阻器 R2两端电压灯泡额定电流I额=P额/U额=1.5W/3V=0.5A因为灯泡额定电流 I额=0.5A，电流表量程为 0~3A，滑动变阻器标有“15Ω 1A”字样．所以在确保电路元件安全的情况下，电路中最大电流为 I最大=0.5A，此时滑动变阻器 R2阻值最小电路最小总电阻R最小=U/I最大=4.5V/0.5A=9Ω滑动变阻器R2最小阻值 R2最小=R最小-RL=9Ω-6Ω=3Ω；因为电压表量程为 0~3V，所以在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器两端电压最大为 U2=3V 时，滑动变阻器阻值最大此时电路中电流 I最小=（U-U2）/RL=（4.5V-3V）/6Ω=0.25A滑动变阻器R2最大阻值 R2最大=U2/I 最小=3V/0.25A=12Ω综上所述滑动变阻器的阻值范围为 3Ω~12Ω。 2、在如图所示的电路中，电源电压U=9V，小灯泡L标有“6V、6W”的字样（电源电压和小灯泡的阻值均保持不变），R1为定值电阻，滑动变阻器标有“24Ω、1A”的字样，电流表A的量程为0～0.6A，求： （1）当开关S1闭合S2断开时，电压表的示数为6V，5分钟R1消耗的电能； （2）当开关S1断开S2闭合时，在电路安全的情况下，小灯泡电功率的变化范围。 【答案】（1）900J；（2）0.54~2.16W 【解析】解：（1）闭合S1，断开S2时，电阻与小灯泡L串联，电压表V测量的是小灯泡两端的电压，小灯泡正常发光，电阻两端的电压 通过的电流等于小灯泡额定电流 5分钟工作消耗的电能 （2）闭合S2，断开S1，小灯泡L与滑动变阻器串联。小灯泡的电阻为 滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，电流表允许通过的最大电流为0.6A，灯泡允许通过的最大电流1A，此时电路允许通过的最大电流，小灯泡的最大功率 当滑动变阻器阻值最大时，整个电路的电阻 此时通过小灯泡的最小电流 小灯泡的最小功率小灯泡功率变化范围为0.54~2.16W。 3、如图甲所示，电源电压保持8V不变，电阻R1=20Ω，小灯泡L的U-I曲线如图乙所示。只闭合开关S3，将滑动变阻器滑片P移到中点时，小灯泡L的实际功率为0.4W；电流表的量程为0~0.6A，电压表的量程为0~3V。求： （1）闭合所有开关时，通过R1的电流； （2）滑动变阻器的最大阻值； （3）只闭合S1，在保证电路安全的条件下，电路消耗的电功率取值范围。 【答案】（1） 0.4A；（2） 60Ω；（3） 2W~3.2W 【解析】解：（1）闭合所有开关时，小灯泡L与R1并联，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以R1两端电压为8V，通过R1的电流 （2）只闭合开关S3，将滑动变阻器滑片P移到中点时，小灯泡L与滑动变阻器串联，电流表测电路中的电流，小灯泡L的实际功率为0.4W，由图乙可知，此时小灯泡两端的电压为2V，电路中的电流为0.2A，则小灯泡的电阻此时电路中的总电阻因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以滑动变阻器接入电路中的电则滑动变阻器的最大阻值R2=60Ω； （3