内容正文:
第一部分 教材考点总复习
第14单元 欧姆定律
四维智学系列丛书
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电路故障分析
1.(2024·烟台)(多选)如图所示,电源电压保持不变,闭合开关后发现电压表无示数,假设电路中只有一个元件发生故障,则故障的原因可能是( )
A.灯泡L1短路 B.灯泡L2短路
C.灯泡L1断路 D.灯泡L2断路
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2.(2023·泰安)如图所示电路,电源电压保持不变,闭合开关后,只有两个电表的指针发生偏转。已知灯泡L1、L2中只有一个出现了故障,其他元件均完好。下列说法正确的
是( )
A.可能是灯泡L1短路
B.可能是灯泡L2短路
C.可能是灯泡L1断路
D.一定是灯泡L2断路
B
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方法技巧
电路出现故障,一般有两种情况:(1)发生短路;(2)发生断路。而在每种情况下,电压表的示数都有可能是零或有较大示数(接近电源电压)、灯泡可能亮或不亮。具体分析如下:
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欧姆定律及其应用
3.(2024·滨州)为研究调光灯的工作原理,某小组设计了如图甲所示的模拟电路进行探究。已知小灯泡L标有“12 V 12 W”字样,电源电压恒定不变。在保证电路安全的情况下,通过调节滑动变阻器,分别记录三个电表的示数,并将电表示数绘制成如图乙所示的关系图像。求:
(1)灯泡L正常发光时的电流;
(2)灯泡L正常发光10 s消耗的电能;
(3)电源电压;
(4)滑动变阻器阻值的变化范围。
(1)1 A (2)120 J (3)18 V (4)6~50 Ω
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4.(2023·烟台)在实践活动中,物理小组计划制作一个水位显示仪,用电流表或电压表来显示蓄水池水位的高低。小组选用了电压恒为6 V的电源、最大阻值为20 Ω的均匀弧形电阻片R、多个定值电阻、量程为0~0.6 A的电流表、量程为0~3 V的电压表以及滑杆、细杆、浮子等器材。设计要求是:①电流表或电压表示数越大,表示水位越高;②当滑片滑动到电阻片的一端时,电流表或电压表示数要恰好达到满偏(量程的最大值),指针位置表示蓄水池规定的最高水位;当滑片滑动到电阻片的另一端时,电流表或电压表指针所指位置表示规定的最低水位。
小明利用电流表设计了一个符合要求的装置,其中滑片P与滑杆连接,滑杆可绕固定轴O转动,另一端通过轻质细杆连接一个浮子,如图甲所示。
A
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(1)当水位最高时,滑片应该滑到a端还是b端?小明选用的定值电阻R0的阻值为多少?
(2)当水位最低时,电流表的示数为多少?此时电路中R0消耗的功率为多少?
(3)另一个同学想用电压表显示水位高低,他拆下装置中的电流表,将电压表连接到电路中,如图乙所示。请分析说明他的设计是否符合要求?如果符合,说明理由;如果不符合,提出能够达到设计要求的具体改进方法。
甲 乙
(1)b 10 Ω (2)0.2 A 0.4 W (3)题图乙不符合要求,改进方法为:在电路中串联一个阻值为10 Ω的电阻R1,并把电压表并联在定值电阻R0(或R1)两端
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【解析】(1)题图甲中,两电阻串联接入电路,电流表测通过电路的电流,通过电流表反映水位的高低,电流表示数越大,表示水位越高,根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可知此时滑动变阻器接入电路的阻值最小,所以滑片应该滑到b端,此时电路为定值电阻的简单电路,根据电流表的量程可知通过电路的最大电流为0.6 A,根据欧姆定律可知定值电阻R0的阻值为R0===10 Ω。
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(2)当水位最低时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,串联电路总电阻等于各部分电阻之和,根据欧姆定律可得此时通过电路的电流I′===0.2 A,此时电路中
R0消耗的功率为P0=I′2R0=(0.2 A)2×10 Ω=0.4 W。
(3)题图乙中电压表测滑动变阻器两端的电压,水位最高时,滑动变阻器接入电路的阻值为0,此时滑动变阻器两端的电压为0,随着水位的降低,滑动变阻器接入电路的阻值变大,根据串联分压原理可知电压表示数变大,故不符合要求;根据串联电路电压规律可知水位最高时,定值电阻R0两端的电压最大(等于电源电压6 V),而电压表的量程为0~3 V,根据题意可知此时电压表示数要恰好达到满偏(3 V),由串联分压的规律可知,应在电路中串联一个阻值为10 Ω的电阻R1,并把电压表并联在定值电阻R0(或R1)两端。
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方法技巧
电路计算题的一般思路
(1)“四个弄清”
(2)画电路图:在图中标出已知量的符号、数据和未知量的符号。
(3)电路分析:寻找已知量与未知量的关系,抓住电路中不变量(例如:电源电压恒定、定值电阻)和变化的量。
(4)根据串、并联电路特点及欧姆定律列方程求解。
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电学图像
5.(2023·聊城)(多选)如图所示是电阻甲和乙的I-U图像,由图像可知下列判断正确的
是( )
A.甲的电阻值是20 Ω
B.甲的电阻值大于乙的电阻值
C.甲、乙串联,乙两端的电压为1 V时,甲两端的电压为3 V
D.甲、乙并联,通过甲的电流为0.1 A时,通过乙的电流为0.2 A
ABC
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6.(2024·临沂)闭合如图甲所示电路的开关,将滑动变阻器的滑片由最右端移到最左端的过程中,电压表与电流表的示数变化的图像如图乙所示。则定值电阻R0的阻值为 Ω,电源电压为 V。
3
1.5
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7.(2023·淄博)小灯泡的I-U图像如图甲所示,将它与定值电阻R接入图乙所示的电路中。只闭合开关S1,电流表的示数为0.2 A;再闭合开关S2时,电流表的示数为0.25 A。则电源电压为 V;只闭合开关S1时,电阻R两端的电压为 V。
2.5
1
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探究电流与电压和电阻之间的关系
8.(2024·滨州)某兴趣小组设计了图甲所示电路进行”探究电流与电压的关系”实验。
A
甲 乙 丙 丁
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(1)请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整,要求滑动变阻器滑片向左移动时电流表示数变大。
(2)连接电路时,开关应处于 状态。把某定值电阻接入电路,将滑动变阻器的滑片调至最 (选填“左”或“右”)端。闭合开关,发现电压表无示数,电流表有示数,其原因可能是定值电阻 。
(3)排除故障后,闭合开关,调节滑片P,当电压表示数为1.2 V时,电流表示数如图丙所示,则此时通过定值电阻的电流为 A。调节滑动变阻器,继续进行实验,并将实验数据记录在表中。
断开
右
短路
0.24
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小州同学发现这些数据中有一组是明显错误的,跟其他数据的规律完全不同,可能是读取这组数据时粗心所引起的,分析时需要把它剔除掉。这组数据是第 (填序号)组。
(4)分析数据得出结论:在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成 。
(5)小滨用电流表和一个已知最大阻值为R0的滑动变阻器测量未知电阻Rx的阻值,设计了如图丁所示的电路图,电源电压未知且保持不变,实验操作如下:
①将滑动变阻器的滑片P移动到最右端b点,记录此时电流表示数为I1;
②将滑动变阻器的滑片P移动到最左端a点,记录此时电流表示数为I2;
③则Rx= (用已知和测出的物理量R0、I1、I2表示)。
4
数据序号 1 2 3 4 5 6
电压U/V 0.6 0.9 1.2 1.8 2.4 3
电流I/A 0.12 0.19 1.8 0.48 0.6
正比
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9.(2024·临沂)用电压表和电流表等器材探究电流与电阻的关系,电源电压为4.5 V,所用定值电阻的阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω、30 Ω。
甲 乙 丙
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(1)先将30 Ω的电阻接入图甲所示电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到最 ________(选填“左”或“右”)端。
(2)图甲所示电路有一条导线连接错误,请在该导线上打“×”,并用笔画线代替导线,将电路连接正确。
(3)改正错误后闭合开关,电流表无示数,电压表有示数,可能是定值电阻 路。
(4)排除故障后闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数为3.0 V时,电流表的示数为0.1 A。断开开关,将30 Ω的电阻换成25 Ω的后再闭合开关,应将滑动变阻器的滑片向 (选填“左”或“右”)移动,直至电压表示数为3.0 V,此时,电流表的示数如图乙所示,为 A。
左
断
右
0.12
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(5)实验数据如表所示,请在图丙中描绘出I-R的关系图像。
(6)为顺利完成该实验,所用滑动变阻器的最大阻值应大于 Ω。
15
实验次数 1 2 3 4 5 6
电阻R/Ω 30 25 20 15 10 5
电流I/A 0.1 0.15 0.2 0.3 0.6
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伏安法测电阻
10.(2024·烟台)在“测量小灯泡正常发光时的电阻”实验中,器材如下:电源(电压恒为
6 V)、小灯泡(额定电压3.8 V,正常发光时的电阻约10 Ω)、电流表(0~0.6 A,0~3 A)、电压表(0~3 V,0~15 V)、滑动变阻器R1(50 Ω,0.2 A)、滑动变阻器R2(20 Ω,1 A)、开关和导线若干。
A
图1 图2
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(1)画出该实验的电路图。(各元件不必标注字母)
(2)为了完成实验,电流表应选择 量程,电压表应选择 量程,滑动变阻器应选择 (选填“R1”或“R2”)。
(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表示数为3.8 V,此时电流表的示数如图1所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω。
0~0.6 A
0~15 V
R2
9.5
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(4)完成上述实验之后,老师提出:如果没有电压表,用一个电流表和一个定值电阻R0,仍可完成本实验。兴趣小组经过讨论设计了如图2所示的电路,并进行了如下操作:
①闭合开关S、S2,移动滑动变阻器滑片P,使电流表示数为I1,此时小灯泡正常发光;
②保持滑动变阻器滑片P的位置不变,断开S2,闭合S1,电流表示数为I2,则小灯泡正常发光时的电阻R= (用R0、I1、I2表示)。
A
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11.(2024·枣庄)如图甲所示为“测量小灯泡电阻”的实验装置,已知小灯泡标有2.5 V字样。
A
甲 乙 丙
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(1)请用笔画线代替导线,在图甲中将实验电路连接完整。(要求:滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变亮)
(2)在检查电路无误后进行实验,当电压表的示数如图乙时,为了测量小灯泡正常发光的电阻,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,同时眼睛注意观察 (选填“电压表”“电流表”或“灯泡”),直至灯泡正常发光。
(3)通过移动滑动变阻器的滑片P,进行多次测量记录数据,并绘制U-I图像如图丙所示,由此可得小灯泡正常发光时的电阻是 Ω。
B
电压表
8.3
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(4)根据图丙可知小灯泡的电阻是 (选填“变化”或“不变”)的,你认为原因是 。
(5)根据小灯泡的U-I图像和观察到的亮度变化,还可以发
现 。
变化
灯丝电阻受温度的影响
灯泡消耗的功率越大,灯泡越亮
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故障
电压表示数
出现故障的位置
出现故障的原因
用电器工作情况
电路图
短路
零
与电压表并联的用电器发生短路
导线电压为零
部分用电器工作
短路
电压表的示数接近电源电压
与电压表并联的用电器以外的用电器发生短路
电源电压全部加在与电压表并联的用电器两端
部分用电器工作
断路
零
与电压表并联的用电器以外的用电器发生断路
电压表的接线柱至少有一个没有与电源接通
用电器不工作
电压表的示数接近电源电压
与电压表并联的用电器发生断路
由电压表、用电器与电源直接构成了一个通路
用电器不工作
$$