第十六章 电流做功与电功率专题训练（十三） 电学极值及取值范围问题课件- 2023--2024学年沪科版九年级物理全一册

第十六章 电流做功与电功率 专题训练（十三） 电学极值及取值范围问题 1 ▶类型一 电学极值问题 图ZT13-1 1.如图ZT13-1所示电路,电源电压为 保持 不变,定值电阻的阻值为 ,滑动变阻器 的最大阻值为 ,当开关闭合,滑片由 端 向 端移动的过程中,以下说法正确的是 ( ) 2 A. 电压表示数最小值是 B. 电流表示数最大值是 C. 电路总功率不会小于 D. 定值电阻消耗的最小功率是 √ 3 2.（2022兰州）如图ZT13-2所示，电源电压保持不变，滑动 变阻器标有“”，定值电阻的阻值为 ，小 灯泡标有“”，电流表的量程为 。不考虑灯 丝电阻的变化，只闭合，滑片移到 的中点时，小灯泡恰 好正常发光。在保证电路安全的前提下，下列说法错误的 是( ) 4 图ZT13-2 A. 小灯泡的电阻为 B. 电源电压为 C. 小灯泡发光最暗时的功率约为 D. 电路消耗总功率的最小值与最大值之比 是 √ 5 3.（2023衡阳）（多选）如图ZT13-3甲所示，电源电压保持 不变，小灯泡的额定电压为，闭合开关后，当滑片 从 的一端滑到另一端的过程中，小灯泡的 关系图像如 图乙所示。下列说法正确的是( ) 图ZT13-3 6 A. 电源电压为 B. 小灯泡的额定功率为 C. 滑动变阻器的最大电阻为 D. 滑动变阻器接入电路的阻值最大时，变阻器 内产生 的热量为 √ √ 7 图ZT13-4 4.（2022辽宁）如图ZT13-4甲所示，电 源电压为，电流表量程为 ， 电压表量程为 。在保证所有元 件安全的情况下，只闭合开关、 ， 最大范围移动滑动变阻器的滑片，绘制 出电流表示数与电压表示数关系的图像 如图乙所示。 8 只闭合开关、 ，最大范围移动滑动变阻器的滑片，绘制 出电压表示数与滑动变阻器 接入电路的阻值关系的图像 如图丙所示。滑动变阻器的最大阻值为____ ，灯泡的 额定功率为____ ；以上两种情况，电路消耗的最大功率 为____ 。 20 1.5 2.5 9 图ZT13-5 5.（2023益阳）如图ZT13-5所示，电源电 压，定值电阻 ，滑动变 阻器的规格为“ ”，电压表量程为 。求： 10 （1）当电压表示数时，通过定值电阻 的电流。 [答案] 定值电阻 ，当电压表示数 时，通 过定值电阻 的电流： 。 11 （2）电路消耗的最小电功率。 [答案] 当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电路的总电 阻最大，电流最小，此时电路消耗的电功率最小，电路消 耗的最小电功率： 。 12 （3）为保障电路安全，滑动变阻器接入电路的最小阻值。 [答案] 滑动变阻器的规格为“ ”，当电路中电流为 时，电压表示数： ， 故电路中的最大电流为 ，滑动变阻器接入电路的最小阻 值： 。 13 ▶类型二 电学取值范围问题 图ZT13-6 6.如图ZT13-6所示，电源电压恒为 ，电 流表量程为 ，电压表量程为 ，滑动变阻器的规格为“ ”， 小灯泡的规格为“ ”。若不考 虑小灯泡阻值随温度的变化，电路中各元 件均安全工作，小灯泡两端电压不允许超过其额定电压。 闭合开关，下列说法正确的是( ) 14 A. 电路的最大电功率是 B. 电流表的示数变化范围是 C. 滑动变阻器的阻值调节范围是 D. 滑片向右滑动时，电流表示数变小，电压表示数变大 √ 15 7.（2022宿迁）如图ZT13-7所示电路，电源电压恒为 ， 电流表量程为，电压表量程为 ，滑动变阻器 的规格为“”，定值电阻的规格为“ ”。 为了保证电路安全，闭合开关后，在移动滑动变阻器滑片 的过程中，下列说法正确的是( ) 16 图ZT13-7 A. 变阻器接入电路的阻值变化范围为 B. 电流表示数的变化范围是 C. 电路消耗的最小电功率为 D. 电阻消耗的最小电功率为 √ 17 8.（2023德阳）如图ZT13-8甲所示，电路中电源电压保持不 变，电压表量程可选，电流表量程为 ，滑动变阻器 最大阻值未知，定值电阻 。闭合开关、 ， 断开开关，将滑动变阻器的滑片从端移动到 端，流 过定值电阻 的电流与其两端的电压关系如图乙所示。求： 18 图ZT13-8 （1）定值电阻的阻值和滑动变阻器 的最大阻值。 19 [答案] 闭合开关、，断开开关，滑动变阻器 的滑 片在端时，只有定值电阻 接入电路，此时电路中的电流 最大，由图乙可知，流过定值电阻的电流为 ， 此时电压表的示数等于电源电压，为 ； 定值电阻的阻值： 。 20 滑动变阻器的滑片在 端时，电路的总电阻最大，此时流 过定值电阻 的电流最小，由图乙可知，此时流过定值电 阻的电流为，两端的电压为 ， 滑动变阻器两端的电压： ， 滑动变阻器的最大阻值： 。 21 （2）若闭合开关、，断开开关，使 的滑片位于滑 动变阻器的中点位置，整个电路通电 产生的电热。 [答案] 若闭合开关、，断开开关，与 并联，电 流表测干路电流，使的滑片位于中间位置 点，滑动变阻 器接入电路的电阻为 ， 此时通过滑动变阻器的电流： ； 22 通过的电流： ； 干路电流： ， 整个电路通电 产生的电热为 。 23 （3）闭合开关、，断开开关 ，若电压表的量程为 ，在保证电路元件都安全的情况下，调节滑动变阻 器的滑片，电路总功率的变化范围。 24 [答案] 闭合开关、，断开开关，滑动变阻器 的滑 片在端时，滑动变阻器与 串联，变阻器连入电路的电 阻最大，此时两端的电压为，通过的电流为 ，电 路中的电流最小，电路的总功率最小，最小总功率： ； 25 滑动变阻器的滑片在 端时，电路的总电阻最小，电路中 的电流最大，电源电压为，此时电压表的示数为 ， 电压表安全，根据图乙知，此时最大电流为 。 电路的最大总功率： 。 综上，电路总功率的变化范围为 。 26 相关解析 39 1.C　[解析] 由图可知,定值电阻和滑动变阻器串联,当滑动变阻器的滑片在b端时,电路中电阻最大为R=10 Ω+20 Ω=30 Ω,此时电路中电流最小,为I===0.2 A,此时电压表的示数最小,为U最小=IR定=0.2 A×10 Ω=2 V,故A错误;当滑片在a端时,电路中只有定值电阻工作,总电阻最小,电流最大,故电流表示数最大值是I最大===0.6 A,故B错误;由P=可知,电源电压一定,当总电阻最大时,电路中总功率最小,即P最小===1.2 W,故C正确;由上述分析可知,当滑片在b端时,定值电阻分压最小,电路中电流最小,定值电阻的电功率最小,为P定=U最小I=2 V×0.2 A=0.4 W,故D错误。 2.D　[解析] (1)由I=可知,小灯泡的电阻:RL===10 Ω,故A正确。 (2)由于小灯泡正常发光,根据串联电路特点可知,通过滑动变阻器R的电流IR=IL=0.6 A,由欧姆定律可知,滑动变阻器R两端的电压:UR=IRR'=0.6 A××30 Ω=9 V,根据串联电路的电压特点可知,电源电压:U=UL+UR=6 V+9 V=15 V,故B正确。 (3)当滑动变阻器滑片P移到右端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,为R=30 Ω,此时电路中的最小电流:Imin====0.375 A, 小灯泡发光最暗时的功率:P=RL=(0.375 A)2×10 Ω≈1.4 W,故C正确。 (4)要保证电路安全,分析电路可得,当闭合开关S、S2和S1,且通过滑动变阻器的电流为1 A时,干路电流最大;因并联电路中各支路两端电压相等,所以此时通过R0的电流:I0===1.5 A,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路的最大电流:Imax=1 A+1.5 A=2.5 A, 电路消耗的最大功率:Pmax=UImax=15 V×2.5 A=37.5 W;当S闭合,S1、S2都断开时,R与L串联,当灯泡与滑动变阻器的最大阻值串联时,电路中电流最小,电路消耗的最小功率:Pmin=UImin=15 V×0.375 A=5.625 W;电路消耗总功率的最小值与最大值之比:Pmin∶Pmax=5.625 W∶37.5 W=3∶20,故D错误。 3.BD　[解析] 由电路图可知,灯泡与滑动变阻器串联,电压表测量灯泡两端的电压,电流表测量电路中的电流。 由电路图可知,滑动变阻器接入电路的电阻为0 Ω时,电路中的电流最大,电压表测电源电压,由图乙可知,电路中的最大电流为1 A,电压表的最大示数为6 V,则电源电压为6 V,故A错误; 灯泡的额定功率:PL=ULIL=6 V×1 A=6 W,故B正确; 当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的电流最小,由图乙可知,电路中的最小电流I小=0.5 A,灯泡两端的电压UL'=1.5 V, 因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,滑动变阻器两端的电压:U滑=U-UL'=6 V-1.5 V=4.5 V, 由I=可得,滑动变阻器的最大阻值:R滑===9 Ω,故C错误; 滑动变阻器接入电路的阻值最大时,10 s内产生的热量:Q=W=U滑I小t=4.5 V×0.5 A×10 s=22.5 J,故D正确。 4.20　1.5　2.5　[解析] 只闭合开关S、S1,灯泡与滑动变阻器R1串联,电压表测R1两端的电压;根据“串联分压”可知:当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,滑动变阻器两端的电压最大;由图乙可知:滑动变阻器两端的最大电压为4 V,通过的最小电流为0.2 A,则滑动变阻器R1的最大阻值:R1大===20 Ω; 当灯泡正常发光时,电路中的电流最大,由图乙可知:此时电路中电流为0.5 A,即灯泡的额定电流为0.5 A,只闭合开关S、S2,灯泡与滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压;当灯泡正常发光时,电路中的电流最大, 由欧姆定律可知,此时滑动变阻器R2接入电路的电阻最小,根据“串联分压”可知,滑动变阻器R2两端电压最小,由图丙可知,此时滑动变阻器R2两端的电压为2 V,则灯泡的额定电压:U额=5 V-2 V=3 V,故灯泡的额定功率: P额=U额I额=3 V×0.5 A=1.5 W。 由P=UI可知:电源电压一定,电路中的电流最大时,电路的电功率最大;由题意可知:两种情况,灯泡正常发光时的电流最大,则两种情况电路中的最大电流都等于灯泡的额定电流,故两种情况电路消耗的最大功率:P=UI额=5 V×0.5 A=2.5 W。 6.B　[解析] 由电路图可知,滑动变阻器与灯泡串联,电压表测灯泡两端的电压,电流表测电路中的电流。根据P=UI可得,灯泡的额定电流:IL额===0.25 A,因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为0~0.6 A,所以,电路中的最大电流为Imax=IL额=0.25 A,此时电压表的示数为2.5 V,符合要求。电路的最大电功率:Pmax=UImax=6 V×0.25 A=1.5 W,故A错误;由I=可得,灯泡的电阻:RL===10 Ω, 当滑动变阻器全部阻值接入电路中时,电路中的电流最小,则最小电流为I min===0.1 A,所以电流表的示数变化范围是0.1~0.25 A,故B正确; 电路中电流最大时,电路中的最小总电阻: R min===24 Ω, 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最小阻值:R滑 min=R min-RL=24 Ω-10 Ω=14 Ω, 所以滑动变阻器的阻值调节范围是14~50 Ω,故C错误; 当滑片向右滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻变大,电路总电阻变大,根据欧姆定律可知电路中的电流变小,即电流表示数变小,根据U=IR可知灯泡两端的电压变小,即电压表示数变小,故D错误。 7.D　[解析] 由电路图可知,R0与R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。当电压表的示数最大为3 V时,根据串联电路的分压规律可知,滑动变阻器接入电路的阻值最大,电路中电流最小;因串联电路两端电压等于各部分电路两端电压之和,所以定值电阻R0两端电压:U0=U-UR=6 V-3 V=3 V,此时电路中的最小电流:I小=I0===0.3 A,由I=可知,此时电路的总电阻:R总大===20 Ω, 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的最大阻值:R2大=R总大-R0=20 Ω-10 Ω=10 Ω; 因电流表的量程为0~0.6 A,定值电阻R0允许通过的最大电流为0.5 A,滑动变阻器R允许通过的最大电流为1 A,所以,电路中的最大电流I大=0.5 A,则电流表示数的变化范围是0.3~0.5 A,故B错误。 当电路中电流最大时,电路中的总电阻:R总小===12 Ω, 此时滑动变阻器接入电路的最小电阻:R2小=R总小-R0=12 Ω-10 Ω=2 Ω,变阻器R接入电路的阻值变化范围为2~10 Ω,故A错误。 电路中的最小电流为I小=0.3 A,电路消耗的最小电功率:P=UI小=6 V×0.3 A=1.8 W,故C错误。 电阻R0消耗的最小电功率:P'=R0=(0.3 A)2×10 Ω=0.9 W,故D正确。 因电流表的量程为0~0.6 A,定值电阻R0允许通过的最大电流为0.5 A,滑动变阻器R允许通过的最大电流为1 A,所以,电路中的最大电流I大=0.5 A,则电流表示数的变化范围是0.3~0.5 A,故B错误。 当电路中电流最大时,电路中的总电阻:R总小===12 Ω, 此时滑动变阻器接入电路的最小电阻:R2小=R总小-R0=12 Ω-10 Ω=2 Ω,变阻器R接入电路的阻值变化范围为2~10 Ω,故A错误。 电路中的最小电流为I小=0.3 A,电路消耗的最小电功率:P=UI小=6 V×0.3 A=1.8 W,故C错误。 电阻R0消耗的最小电功率:P'=R0=(0.3 A)2×10 Ω=0.9 W,故D正确。 $$