初中物理电学难题及解析

-.z.1．如图25所示电路，电源两端电压保持不变。当开关S1闭合、S2断开，滑动变阻器的滑片P移到A端时，R3的电功率为P3，电流表的示数为I1；当开关S1断开、S2闭合时，R3的电功率为P3’，电流表的示数为I2。已知P3:P3’=9:25，（1）求电流表的示数I1与I2的比值。（2）当开关S1、S2都断开，滑动变阻器的滑片P在中间*位置C时，变阻器接入电路的电阻为Rc，电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，已知U1:U2=3:2，Rc的电功率为10Ｗ，这时R3的电功率为P。通过闭合或断开开关及移动滑动变阻器的滑片，会形成不同的电路，电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3:1。求R3的电功率P。解:(1)当开关S1闭合、S2断开，变阻器的滑片移到B端时，等效电路如图甲所示；当开关S1断开、S2闭合时，等效电路如图乙所示。（2）当开关S1、S2都断开，变阻器的滑片在C点时，等效电路如图丙所示。∵∴∴3R1+3RC=2R３+2R12R３=R1+3RC…………①电源两端电压一定，在甲、乙电路中，根据U=IRI1（R３+RB）=I2（R３+R1）3RB=2R３+5R1…………②电路消耗功率最大应为开关S1、S2都闭合，只有R3接入。消耗功率最小应为R3、R1、滑动变阻器RB全部串联接入电路。∵电路总电压U一定∴＝＝2R3=R1+RB…….……③根据①②③式，可得：R3＝2RC在丙电路中，电流一定，P=2PC=2×10Ｗ=20Ｗ1分1分1分1分1分1分1分用其它方法解题，过程结论正确给分。2.如图19所示电路电源两端电压恒定，定值电阻R1＝15，忽略灯丝电阻值RL随温度的变化。只断开开关S3时，电流表的示数为I；只闭合开关S2时，电压表示数为U1，电流表的示数为I1＝0.4A；只断开开关S1，并把电阻箱R2接入电路的电阻值调整为原来的一半时，电压表的示数为U2，电流表的示数为I2。若U1∶U2＝7∶10，I∶I2＝2∶1。图19求：（1）灯泡L的电阻；图19（2）在上面的三个电路状态中，电路消耗的最大电功率。解：只断开关S3，电流表的示数为I，等效电路如图7甲所示；只闭合开关S2，电流表的示数为I1，等效电路如图7乙所示；只断开开关S1，电阻箱接入电路的电阻为原来的一半，等效电路如图7丙所示UR1R2UR1R2UIU1R1R2UI2RLI1RL甲 乙丙∵=即=∴图乙中=；=……①………1分又∵=∴=……②则得：=；则=；R2=6Ω…………1分将R2=6Ω代入①式得：RL=9Ω…………2分由图乙：U＝I(R1＋R2＋RL)＝0.4A×(15＋6＋9)＝12V………1分（2）根据P=电路中总电压不变，当电路中电阻最小时，电功率最大由甲、乙、两三图分析，图甲电功率最大P===16W…2分注：三个电路全对给1分RR1R2S1S2P图193．*校的同学们在研究电路消耗的电功率与电阻的关系时设计了如图19所示的电路，滑动变阻器的最大阻值为R３。当滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S1，滑动变阻器的功率为P3，电压表的示数为U1，电路中的电流为I1；当滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S2时，滑动变阻器的功率为P3′，电压表的示数为U2，电路中的电流为I2，此时电路的总电功率为4W。已知，，电路中电源两端电压保持不变。（6分）（1）求I1与I2之比（2）请你计算出电阻R1与电阻R2的比值。（3）请你回答：如何通过开关的断开与闭合以及滑动变阻器滑片位置的改变，使整个电路消耗的总电功率最大；并请你计算出这个总电功率。

解：（1）滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S1；等效电路如图（甲）所示（2）滑动变阻器的滑片P置于最左端时，只闭合开关S2；等效电路如图（乙）所示（3）滑动变阻器的滑片P置于最右端时，开关S1、S2都闭合；等效电路如图（丙）所示，电路消耗的电功率达到最大值P。-----------------------------------------------（三个电路图正确1分）由图甲、图乙得：∵=∴=----------------------1分∵=∴=----------------------1分U一定：==R３=2R2－3R1∴R=5R1----------------------------------------------------------1分由图（乙）（丙）U一定：P=P1+P2===45W-----2分4．如图25所示电路，设电源电压不变，灯丝电阻不随温度变化。当只闭合开关S1时，电流表的示数是I1。当只闭合开关S2时，电流表的示数是I2。当断开S1、S2时，电流图25R1R2S1LS2VV1V2V表的示数是I3，电压表V1图25R1R2S1LS2VV1V2V关S1、S2闭合时，灯L正常发光，电流表的示数为I4。已知I1:I2=2:1，求：(1)电阻R1与R2之比；(2)电流I3与I4之比；(3)灯L的额定功率。38II1图=1\*GB3①（甲）R2解：S1闭合，电路如图=1\*GB3①，I2图=2\*GB3②（甲）S2闭合，电路如图I2图=2\*GB3②（甲）S1、S2断开，电路如图=3\*GB3③，II3R1PL=0.24WRL图=3\*GB3③（甲）U2U1R2I4RL图=4\*GB3④（甲）R1R2I4RL图=4\*GB3④（甲）R1R2（1）由图=1\*GB3①、=2\*GB3②、=3\*GB3③，有∴（2）由图③④得：（3）说明：其它方法正确给分。

5、现有一阻值不变的纯电阻元件R0，标有"6V1.8W”字样，由于电路元件R0的实际电阻值与其标准值之间可能存在差异，所以导致所标的额定功率值有可能不准。如果电路元件实际电阻值与其标准电阻值之间的差异超过1.5欧，则该电路元件将不能使用，检测人员为检测该电路元件是否合乎标准，设计了如图所示的检测电路，已知电路中电流表的量程为0－0.6A，电压表的量程为0－3V，滑动变阻器标有"20Ω1A”的字样；（1）请根据电路元件上所标的额定电压和额定功率，算出电路元件的标准电阻值；（2）若电路元件的额定功率刚好是1.8W，则电路中允许通过的最大电流是多大？电源电压不能超过多少伏？（3）*次元件检测时，检测人员闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.22A时，电压表的示数为2.42V；当电流表的示数为0.25A时，电压表的示数为1.85V，请通过计算判断所检测的电路元件是否可以使用？实际检测时，滑动变阻器的滑片是否能滑至最左端？说出理由。解：（1）由P额=U额2/R0得R0=U额2/P额=(6V)2/1.8W=20Ω电路元件的额定电流：I额=P额/U额=1.8W/6V=0.3A与电流表允许通过的最大电流相比较，可确定电路中允许通过的最大电流是0.3A为保证定值电阻不被损坏，其两端电压最大为其额定电压（即U0m=6V)滑动变阻器两端电压最大为3V(电压表的量程为0~3V,即URm=3V)电源电压的最大值：Um=U0m+URm=6V+3V=9V在实际检测时电源电压不变，由串联电路的电压特点和题意，可列出方程组：U=2.42+0.22R0′=1\*GB3①U=1.85+0.25R0′=2\*GB3②联立=1\*GB3①、=2\*GB3②解得R0′=19Ω，U=6.6V.因为20Ω－19Ω=1Ω<1.5Ω，所以检测的电路元件可以使用。若滑动变阻器的滑片滑至最左端，元件R0两端电压等于电源电压6.6V，超过其额定电压，会损坏电路元件，故不能。

6、热熔胶是生产中常用的粘合剂，它在常温下是固体，熔化后再冷却就能将物体牢牢地粘合在—起。图21甲是热熔胶枪(简称"胶枪”)的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件，电路如图21乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图21丙所示。胶枪扳机松开时，开关Sl断开，开关S2的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度(170℃~210℃)。此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：固体胶条向前挤压，开关S1闭合，开关S2的触片与a触点接通，枪口冒出温度为170℃～210℃的胶液。在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同。接通电源120s后，问：（1）胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多大"（2）假设胶枪在温度为170℃的条件下工作200s，它产生热量的80％被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量"（3）胶枪正常工作时的最小电流是多少"

解：（1）胶枪预热时，R1和R2串联，当电阻最小时（即R1=R2=1000Ω），胶枪消耗的功率最大，此时电路的总电阻R=R1+R2=1000Ω+1000Ω=2000Ω.最大功率P=UI=U2/R=(220V)2/2000Ω=24.2W胶枪正常工作时，R1和R2并联，由图丙可知，当温度为170℃，R1=R2=1600Ω，此时电路的总电阻R′=R1R2/（R1+R2）=R1/2=800Ω使用200s，胶枪消耗的电能W=U2t/R′=(220V)2×200s/800Ω=12100J胶条吸收的热量Q=Wη=12100J×80%=9680J胶枪正常工作时，R1和R2并联，当电阻最大时（即R1=R2=2200Ω），电流最小，此时电路的总电阻R′′=R1/2=1100Ω最小电流I=U/R′′=220V/1100Ω=0.2A

7、小明发现自己家汽车照明大灯的灯泡内有两根灯丝，一根是功率较小的近光灯丝(主要用于照亮前方较近的路面)，另一根是功率稍大的远光灯丝(主要用于照亮前方较远的路面)。当控制手柄拨到"近光”位置时，近光灯丝正常发光；当控制手柄拔到"远光”位置时，近光灯丝和远光灯丝同时正常发光。该灯泡上标有"l2V60W／54W”的字样，通过计算回答：(1)当控制手柄拨到"近光”位置时，通过近光灯丝的电流多大"(2)近光灯丝正常发光时的电阻多大"(3)小明爸爸驾车在郊区道路上行驶，将控制手柄拨到并保持在"远光”位置5分钟，这段时间内一个照明大灯消耗的电能是多少焦"(4)说明这种灯泡内两根灯丝在电路中的连接方式，并简述理由。

解：(1)当控制手柄拨到"近光”位置时，只有近光灯丝工作，且P近=54W由公式P=UI得：通过近光灯丝的电流

(2)由公式得I=得：近光灯丝正常发光时的电阻R近=(3)当控制手柄拔到"远光”位置时，近光灯丝和远光灯丝同时正常发光.总功率：P=P远+P近=60W+54W=114W；t=5min=300s.由公式P=QUOTE得：这段时间内一个照明大灯消耗的电能W=Pt=114W×300s=34200J(4)这种灯泡内两根灯丝是并联的。因为近光灯丝既可以单独正常发光，也可以和远光灯丝同时正常发光，所以它们是并联的。8、如图甲是一种"闯红灯违法证据模拟记录器”的工作原理图，当光控开关接收到红光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化(变化规律如图乙所示)引起电流大于或等于0.06A时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机工作拍摄违规车辆。光控开关未受到红光照射自动断开，衔铁没有被吸引，工作电路中的指示灯发光。已知控制电路电压为6V。(g取10N／kg)求：(1)一辆质量为400kg的车闯红灯时，控制电路中的电流恰好是0．06A被拍照。此时压敏电阻的阻值是多大"(2)电磁继电器线圈电阻是多少"(3)一辆质量是1.2t的汽车违规闯红灯时压敏电阻消耗的电功率是多少"(4)图丙是一种"超速违法证据模拟记录器”的示意图。如果*一路段要求时速不超过60km／h，当汽车先后通过两个感应线圈上方的时间间隔小于0.5s时，拍摄系统才会被激活而拍下超速汽车的照片。则两个线圈之间的距离应设计为多少"

解：(1)400kg的车对压敏电阻的压力：F1=G1=m1g=400kg×l0N／kg=4000N由图像可知，此时压敏电阻的阻值是：R1=90(2)∵I=∴此时控制电路中的总电阻：R===100继电器线圈的电阻：R线圈=R-R1=100-90=10(3)1.2t的车对压敏电阻的压力：F2=G2=m2g=1200kg×l0N／kg=12000N由图像可知，此时压敏电阻的阻值是：R2=30此时控制电路中的电流：I′===0.15A∴U2=I2R2=I′R2=0.15A×30=4.5V此时压敏电阻消耗的电功率：P2=U2I2=4.5V×0.15A=0．675W(4)v=60km／h=16.7m／s两个感应线圈之间的距离：S=vt=16.7m／s×0.5s=8.35m说明：第四问结果为8.33m也对。

9、小伊妈妈为了改善早餐的营养，买了一台全自动豆浆机，如图A所示．图B是豆浆机的主要结构：中间部位是一个带动刀头的电动机，用来将原料进行粉碎打浆；外部是一个金属圆环状的电热管，负责对液体加热煮沸．图C是这个豆浆机的主要技术参数．图D是豆浆机正常工作做一次豆浆的过程中电热管和电动机交替工作的"P﹣t”图象．（1）豆浆机正常工作时，通过电热管的电流是多大？（2）若实际电压为200V时电热管的实际功率是多少？（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少度？解：（1）∵P=UI∴电热管正常工作的电流为I===5.5A；（2）∵I=U/R∴电热管的电阻为R===40Ω电热管的实际功率为P实===1000W；（3）由"P﹣t”图象可知，豆浆机正常工作做一次豆浆，加热时间是12min，电机打浆时间是2min，∵P=W/t，∴豆浆机正常工作做一次豆浆消耗的电能：W=P1t1+P2t2=1210W×720s+120W×120s=885600J=0.246kW•h．答：（1）豆浆机正常工作时，通过电热管的电流是5.5A；（2）若实际电压为200V时电热管的实际功率是1000W；（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能为0.246kW•h．10、*物理兴趣小组探究电子磅秤的工作原理，设计图l5甲所示的电路，主要部件是电流表A和压力传感器R1(相当于电阻值随受到的压力大小而变化的可变电阻)，压力传感器R1与受到的压力F的关系如图l5乙所示，秤盘与压杠质量均忽略不计。电源电压U=12V，R2=18Ω。求：秤盘上不放重物时压力传感器的电阻R1=30Ω，此时电流表示数是多少A"R2消耗的功率是多少W"电流表示数为0.5A时，秤盘上物体重为多少N"

解：(1)由甲图可知，R1和R2串联，电路总电阻：R=R1+R2=30Ω+18Ω=48ΩR2消耗的功率：P2=I2R2=(0.25A)2×l8Ω=1.125W（或1.13W）电流表示数为0.5A时，电路的总电阻：R′===24ΩR1′=R′-R2=24Ω－18Ω=6Ω由图乙可知，G=F=40N.

11、现有四个电学元件：电流表A、电压表V、阻值为4的电阻R1和阻值为6的电阻R2．*物理兴趣小组要设计四个不同的电路，如图甲、乙、丙、丁所示，要求每个电路必须用到上述四个元件中的任意三个，每个电路消耗的总功率分别为P甲、P乙、P丙、P丁，且P甲＞P乙＞P丙＞P丁．电源电压恒为6V，各元件无故障且电路都能正常工作．（1）甲电路如图所示，闭合开关，问：该电路中电流表示数I甲及电路消耗的总功率P甲分别是多大？（2）请你按要求完成另外三个电路的设计（将元件符号填入图中即可）．

解：（1）由欧姆定律得：I1==1.5A，I2==1AI甲=I1+I2=1.5A+1A=2.5AP甲=UI甲=6V×2.5A=15W说明：也可算出总电阻，再算出总电流，最后计算总功率。根据P=U2/R可知，电压一定时，总功率与总电阻成反比；已知P甲＞P乙＞P丙＞P丁，则总电阻的关系是R甲<R乙<R丙<R丁（即甲并联，乙单独接R1，丙单独接R2，丁图R1与R2串联），再考虑元件的连接无故障并使电路正常工作。设计的电路如图所示．乙乙丙丁12、把一个规格为"6V3W”的小灯泡与一定值电阻R串联，如图甲所示，电源电压为9V不变，此时小灯泡恰好正常发光，不考虑小灯泡电阻受温度的影响．求（1）小灯泡正常发光时的电阻；（2）定值电阻R的阻值；（3）若将它们并联在另一电压为U′的电源两端，如图乙所示，此时小灯泡的实际功率恰好是其额定功率的1/4，则通电5min，定值电阻R产生的热量．解：（1）灯泡正常发光时的电压为6V，功率为3W，根据P额=U额2/RL，可得灯泡正常发光时的电阻：RL=U额2/P额=(6V)2/3W=12Ω.因为此时小灯泡恰好正常发光，电路中的电流恰好等于其额定电流，I=I额=P额/U额=3W/6V=0.5A根据串联电路的电压特点，可计算定值电阻两端电压：UR=U﹣UL=9V﹣6V=3V定值电阻R的阻值：R=UR/I=3V/0.5A=6Ω乙图灯泡L与定值电阻R并联已知此时小灯泡的实际功率恰好是其额定功率的1/4，即P实=P额/4=3W/4=0.75W根据P实=U实2/RL可得，0.75W=U实2/12Ω，解得U实=3V.∵并联电路中各支路两端的电压相等，∴通电5min，定值电阻R产生的热量：QR=WR=t=t=×5×60s=450J．

13、如图甲所示是*生产流水线的产品输送计数装置示意图．其中S为激光源；R2为保护电阻；R1为光敏电阻，每当产品从传送带上通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住，R1阻值变大，现让水平传送带匀速前进，输送边长为0.1m、质量为0.6kg的正方体产品，光敏电阻两端的电压随时间变化的图象如图乙所示．（1）求此产品对传送带的压强（g取10N/kg）；（2）从图中读出每一产品受到激光照射的时间，并求出产品的运动速度；（3）已知电源电压恒为6V，保护电阻R2的阻值为40Ω，求传送带输送产品过程中光敏电阻1h消耗的电能．

解：（1）产品对传送带的压力F=G=mg=0.6kg×10N/kg=6N，产品对传送带的压强P===600Pa；（2）已知射向光敏电阻的光线被产品挡住时，R1阻值变大，其两端电压将变大.由图象可知，无光照射的时间t=0.2s，产品受到激光照射的时间为0.4s.产品的速度v===0.5m/s；（3）R1与R2串联，有激光照R1时，由图象可得U1=2V，U2=U﹣U1=6V﹣2V=4V，I===0.1A，R1无激光照时，由图象可得U1′=4V，U2′=U﹣U1′=6V﹣4V=2V，I′===0.05A，由图象可知：每经过0.6s，就有一个产品通过计数装置，其中0.4s有光照射，电阻R1消耗的电能W1=U1It1=2V×0.1A×0.4s=0.08J；其中0.2s无光照射，电阻R1消耗的电能W1′=U1′I′t2=4V×0.05A×0.2s=0.04J；因此每经过0.6s，电阻R1消耗的电能为W=W1+W1′=0.08J+0.04J=0.12J．1h=3600s，则光敏电阻R1在1h内消耗的电能为W总=0.12J×=720J．

14、（2013山东聊城市）如图所示电路中，电源电压不变，R1=20，滑动变阻器R2的最大阻值为60，小灯泡L的额定电压为5V，电流表的量程(0—0.6A或0—3A)。只闭合S2时，电流表的示数为0.4A；只闭合S3，且变阻器的滑片P在正中点时，电流表的示数为0.3A。(不考虑温度对灯丝电阻的影响)(1)电源电压和灯丝电阻。(2)只闭合S3时，要使小灯泡L正常发光，变阻器R2连入电路的阻值。(3)闭合S1、S2、S3，为保证不损坏电流表，变阻器R2的阻值可调范围和电流表的变化范围。

解：(1)设电源电压为U，灯丝的电阻为RL，只闭合S2时，R1与L串联，U=I1(Rl+RL)=0.4A×(20+RL)=1\*GB3①只闭合S3时，R2与L串联，U=I2(+RL)=0.3A×(30+RL)=2\*GB3②联立=1\*GB3①、=2\*GB3②解得U=12V，RL=l0.(2)只闭合S3时，若L正常发光，IL===0.5A所以R2===14(3)当闭合S1、S2、S3时，R2与R1并联，电流表测总电流.R2最大时，总电阻最大，电流表示数最小.Imin=I1+I2=+=+=0.8A所以电流表接0—3A的量程R2最小时，总电阻最小，电流表示数最大，最大为3A.由于R1的电阻不变且电压也不变，所以通过的电流I1也不变，恒为0.6A.电流表示数为3A时，=I-I1=3A-0.6A=2.4A，所以===5即R2取值范围为5～60，电流表的示数范围为0.8A～3A或3A～0.8A.说明：本题第三问也有其它解法。

15、PTC是一种新型的半导体陶瓷材料，它的发热效率较高，PTC材料的电阻随温度变化而变化。如图甲所示的陶瓷电热水壶就使用了这种材料，它的工作电路如图乙所示，电源电压为220V，R0是定值电阻，其阻值不受温度变化的影响，RT是PTC的电阻。电热水壶在刚开始工作时，RT为24Ω，电路消耗的总功率1100W。求：（1）R0的阻值为多少"（2）当RT的温度为100℃时，RT电阻边为180Ω，RT的实际功率为多少"

解：（1）电热水壶刚开始工作时，RT为24Ω，RT与R0串联，由P=U2/R得电路总电阻R总=U2/P=(220V)2/1100W=44ΩR0的阻值：R0=R总－RT=44Ω－24Ω=20Ω当RT的温度为100℃时，RT电阻边为180Ω电路总电阻R总′=RT+R0=180Ω+20Ω=200Ω电路中的总电流I=U/R总′=220V/200Ω=1.1ART的实际功率:P=UTI=I2RT=(1.1A)2×180Ω=217.8W

16、如图18所示电路，电源电压为6V且保持不变，电阻R1=30Ω，电流表A仅有一个0～0.6A的量程。（1）求通过电阻R1的电流；A··SR2R1P图18（2）滑动变阻器R2的滑片P在最右端时，A··SR2R1P图18（3）在保证电流表安全工作的情况下，R2连入电路的最小阻值是多少？

解：（1）由图可知，R1与R2并联，R1两端的电压:U1=U2=U=6V通过电阻R1的电流:I1=U1/R1=6V/30Ω=0.2A滑动变阻器R2的滑片P在最右端时，R2接入电路的阻值最大，由P2=U22/R2得R2=U22/P2=(6V)2/0.72W=50Ω为保证电流表安全工作，电流表示数最大0.6A(即I总m=0.6A)因为R1两端的电压不变，其阻值也不变，所以通过R1的电流I1恒为0.2A.通过滑动变阻器R2的最大电流:I2m=I总m－I1=0.6A－0.2A=0.4AR2连入电路的最小阻值:R2min=U2/I2m=6V/0.4A=15Ω

17、*水果自动筛选装置（如图所示），它能将质量小于一定标准的水果自动剔除。其原理如下：传送带上的水果经过检测点时，使压敏电阻R的阻值发生变化。AB间的电压也随之发生改变。当UAB＜3V时，机械装置启动，将质量不达标的小水果推出传送带，实现自动筛选功能。已知：电源电压为12V，R0=20Ω，压敏电阻R的阻值随压力变化关系如图所示。求：（1）当检测点上没有水果时，电路中的电流是多大？（2）不同等级的水果筛选的质量标准是不同的。请你对电路进行改进，使该装置能够方便筛选不同水果。（3）当压力改变时，压敏电阻R的最大功率是多少？此时在检测点上的水果质量是多少？（提示：y=－a(*－b)２+c，则顶点y＝c）

解：(1)由电路图可知，R与R0串联.无水果时，F=0N，由图像可得R=100Ω，电路中的总电流：Ｉ=U总/(R+R0)＝12V/(100Ω＋20Ω）A＝0.1A(2)在电路中串一个滑动变阻器。（其它改进有理也可）(3)压敏电阻R的功率：P=UI=（U总－U０）I＝（12－IR0）I＝（12－20I）I=－20(I－0.3)２+1.8∴当I=0.3Ａ时，P最大＝1.8W