专题十四 欧姆定律极值(范围)和电路安全计算（作业课件）-【原创新课堂】2023-2024学年九年级物理上册（人教版 广东专用）

物理 九年级全册 人教版 原创新课堂 专题十四　欧姆定律极值(范围)和电路安全计算 影响滑动变阻器取值范围的限制条件一般有四个：滑动变阻器最大阻值及允许通过的最大电流、电流表量程、电压表量程、小灯泡额定电压及额定电流。在利用欧姆定律进行解答时每个限制条件都要考虑，才能保证电路安全。 1．如图所示的电路，电源电压恒为4.5 V，电流表的量程为0～0.6 A，电压表的量程为0～3 V，定值电阻R1阻值为5 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为50 Ω，闭合开关S，移动滑片P的过程中，下列说法正确的是 ( ) A.若滑片P向左移，电流表的示数变小 B.电压表与电流表的比值不变 C.滑动变阻器允许的调节范围是2.5 Ω～50 Ω D.电流表的变化范围是0.3 A～0.6 A D 2．如图所示，电源电压为3 V且保持不变，滑动变阻器R标有“15 Ω　1 A”的字样。当滑动变阻器的滑片P在最右端时，闭合开关S，通过灯泡的电流为0.4 A，移动滑动变阻器的滑片P，在电路安全工作的情况下，下列说法正确的是 ( ) A.向左移动滑动变阻器的滑片P时灯泡变亮 B.滑片P在最右端时通过干路的电流是0.9 A C.R接入电路的阻值变化范围是5 Ω～15 Ω D.电路总电阻的最大值为5 Ω D 3．如图所示，已知电流表的量程为0～0.6 A，电压表的量程为0～3 V，定值电阻R1的阻值为10 Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为50 Ω，电源电压为6 V。开关S闭合后，在滑动变阻器的滑片滑动的过程中，下列说法正确的是 ( ) A.电压表最小示数是1 V B.滑动变阻器的滑片允许滑到最左端 C.电路中允许通过的最大电流是0.6 A D.滑动变阻器滑片向左移动的过程中，电流表先达到最大量程 A 4．(2022·南山区期中)如图所示电路中定值电阻R1＝10 Ω，R2为滑动变阻器，电源电压保持不变。闭合开关，当滑片P在a端时，电流表示数为0.3 A。滑片P在b端时电压表的示数为2 V。求： (1)电源电压。 (2)滑动变阻器R2的最大阻值。 (3)若将图中电源改为7.5 V，电流表选择0～0.6 A量程，电压表选择0～3 V量程，为保证电表安全，试求滑动变阻器的取值范围。 5．如图所示，电源电压为6 V，R1＝6 Ω，R2为0～10 Ω的滑动变阻器，电流表的量程为0～3 A，闭合开关S后移动滑片，求： (1)电流表最小示数是多大？ (2)为保证电流表的安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围是多少？ 解：(1)由电路图可知，闭合开关，定值电阻R1和滑动变阻器R2串联，电流表测量电路中的电流，电压表测量R2两端的电压。当滑片P在a端时，R2接入电路的阻值为零，电路为R1的简单电路，已知此时电路中的电流I＝0.3 A，则电源电压U＝IR1＝0.3 A×10 Ω＝3 V　(2)滑片P在b端时，R2接入电路的阻值最大，已知此时R2两端的电压U2＝2 V，因为串联电路两端的电压等于各部分电路两端的电压之和，所以R1两端的电压U1＝U－U2＝3 V－2 V＝1 V，此时电路中的电流I′＝I1＝ eq \f(U1,R1) ＝ eq \f(1 V,10 Ω) ＝0.1 A，则R2的最大阻值R2＝ eq \f(U2,I′) ＝ eq \f(2 V,0.1 A) ＝20 Ω　 (3)当R2接入电路的阻值最大时，电路中的电流最小，根据串联电路的分压原理可知，R2两端的电压最大，由于电压表所选量程为0～3 V，所以R2两端的最大电压U2大＝3 V，此时R1两端的最小电压U1小＝U′－U2大＝7.5 V－3 V＝4.5 V，电路中的最小电流I小＝ eq \f(U1小,R1) ＝ eq \f(4.5 V,10 Ω) ＝0.45 A，R2接入电路的最大阻值R2大＝ eq \f(U2大,I小) ＝ eq \f(3 V,0.45 A) ≈6.67 Ω；当R2接入电路的阻值最小时，电路中的电流最大，因为电流表所选量程为0～0.6 A，所以电路中的最大电流I大＝0.6 A，此时电路中的总电阻R＝ eq \f(U′,I大) ＝ eq \f(7.5 V,0.6 A) ＝12.5 Ω，则R2接入电路的最小阻值R2小＝R－R1＝12.5 Ω－10 Ω＝2.5 Ω，故滑动变阻器的取值范围为2.5 Ω～6.67 Ω 解：(1)由图可知，R1与R2并联，电流表测量的是干路电流，所以当R2阻值全部接入电路时，R并最大，干路中电流表示数最小，这时电流表示数Imin＝ eq \f(U,R1) ＋ eq \f(U,R2max) ＝ eq \f(6 V,6 Ω) ＋ eq \f(6 V,10 Ω) ＝1.6 A　 (2)当R2接入电路的阻值最小为R时，R并最小，干路中电流表示数最大，Imax＝3 A，滑片无论怎样移动，R1支路中电流不变，电流I1＝ eq \f(U,R1) ＝ eq \f(6 V,6 Ω) ＝1 A，I2max＝Imax－I1＝3 A－1 A＝2 A，R2min＝ eq \f(U,I2max) ＝ eq \f(6 V,2 A) ＝3 Ω，由此可得，为保证电流表的安全，变阻器接入电路的阻值范围是3 Ω～10 Ω 6．(2022·荔湾区期末)芳芳设计了一个用电压表的示数变化反映环境温度变化的电路，其电路原理图如图甲所示。其中，电源两端电压20 V(恒定不变)，电压表的量程为0～15 V，R0是定值电阻，R0＝300 Ω，R1是热敏电阻，其电阻随环境温度变化的关系如图乙所示，闭合开关S后，求： (1)当环境温度为40 ℃时，热敏电阻R1的阻值是多少？ (2)当环境温度为40 ℃时，电压表的示数是多少？ (3)电压表两端电压不能超过其最大测量值，则此电路所允许的最高环境温度是多少？ 解：由电路图可知，闭合开关，R0、R1串联，电压表测R0两端的电压。(1)由图乙知，当环境温度为40 ℃时，R1的阻值是200 Ω　 当环境温度为40 ℃时，由串联电路的电阻特点和欧姆定律可知，此时电路中的电流I＝ eq \f(U,R0＋R1) ＝ eq \f(20 V,300 Ω＋200 Ω) ＝0.04 A，此时电压表的示数UV＝U0＝IR0＝0.04 A×300 Ω＝12 V　 (3)从图乙中可知，环境温度越高，热敏电阻的阻值越小，根据串联分压特点可知，热敏电阻分得的电压越小，则R0两端的电压越大，电压表两端电压不能超过其最大测量值，故当R0两端的电压达到15 V时，此电路所允许的环境温度最高，此时电路中的电流I最大＝ eq \f(U0最大,R0) ＝ eq \f(15 V,300 Ω) ＝0.05 A，根据串联电路的电压特点可知，此时热敏电阻两端的电压U1小＝U－U0最大＝20 V－15 V＝5 V，根据欧姆定律可知此时热敏电阻的阻值R1′＝ eq \f(U1小,I最大) ＝ eq \f(5 V,0.05 A) ＝100 Ω；由图乙可知，热敏电阻的阻值为100 Ω时，对应的环境温度为80 ℃，即此电路所允许的最高环境温度是80 ℃ $$