欧姆定律的应用

欧姆定律的应用一．选择题（共1小题）1．为了能自动记录跳绳的次数，某科技小组设计了一种自动计数器，其简化电路如图甲所示，R1是一种光敏元件，每当绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，自动计数器会计数一次，信号处理系统能记录AB间每时刻的电压若已知电源电压为12V，某时段AB间的电压随时间变化的图象如图所示，则下列说法正确的是（）A．AB两端电压为6V时，跳绳自动计数器会计数一次 B．绳子挡住了射向R1的红外线时，R1和R2的阻值相等 C．绳子没有挡住射向R1的红外线时，R1的阻值是R2的3倍 D．绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的阻值会变为原来的5倍二．实验探究题（共1小题）2．小丽设计了一个防踩踏模拟报警装置，工作原理如图甲所示。ABO为一水平杠杆，O为支点，OA：OB＝5：1，当水平踏板所受压力增大，电压表示数达到6V时，报警器R0开始发出报警信号。已知电路中电源电压为8V，R0的阻值恒为15Ω，压力传感器R固定放置，其阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示，踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。试问：（1）由图乙可知，压力传感器R的阻值随压力F的增大而；（2）当踏板空载时，闭合开关，R的阻值为Ω，电压表的示数为V。（3）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为N。（4）若电源电压略有降低，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，则踏板触点B应向（选填“左”或“右”）移动。三．计算题（共1小题）3．如图所示是一个电子拉力计原理图。电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A，小灯泡L上标有“3V，0.6W”的字样，a、b是一根长为40cm的均匀电阻丝，阻值R＝40Ω，硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（P与R间的摩擦不计），当拉力F＝0N时，滑片P与A接触时，弹簧正好保持原长，当拉力为F时，滑动变阻器B端与滑片P之间的距离为x，F与x的关系如表所示。F/N0100200300400…x/cm4035302520…（1）小灯泡L，正常工作时的电阻为多少？（2）闭合开关S，电流表、电压表示数都为0，若故障只发生在R0或灯L处，则电路中的具体故障是；（3）排除故障，闭合开关S，当F＝0N时，电流表的示数为0.1A，电压表示数为1V；当F＝700N时，电流表的示数为0.2A，求电源的电压U和定值电阻的阻值R0（4）该电子测力计的量程为N，若要使其量程增加，写出你的办法（一种即可）。四．解答题（共1小题）4．小华同学为探究水流对物体的冲击力，设计了一个实验装置，如图甲所示，电源电压保持3V不变，电流表量程为0～1A，电阻不计，粗细均匀的电阻丝MN全长12cm，总电阻为9Ω，它的阻值与其接入电路的长度成正比。水平光滑杆AB上套有弹簧，弹簧弹力与其伸长量x的关系如图乙所示，弹簧左端固定，右端连接有滑块，滑块与滑片P、物体Q通过硬杆相连。滑片与电阻丝始终保持良好接触。水流冲击力为零时，滑片P刚好与电阻丝左端相接触，此时电流表满偏。（1）Q在水下1m处，求所受液体压强；（2）当水流速度增大时，电流表示数（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（3）电阻Ro的阻值为多少？（4）如果滑块稳定后电流表读数为0.5A时，物体所受到的冲击力大小为多少？

2020年11月05日139****8372的初中物理组卷参考答案与试题解析一．选择题（共1小题）1．为了能自动记录跳绳的次数，某科技小组设计了一种自动计数器，其简化电路如图甲所示，R1是一种光敏元件，每当绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的电阻会变大，自动计数器会计数一次，信号处理系统能记录AB间每时刻的电压若已知电源电压为12V，某时段AB间的电压随时间变化的图象如图所示，则下列说法正确的是（）A．AB两端电压为6V时，跳绳自动计数器会计数一次 B．绳子挡住了射向R1的红外线时，R1和R2的阻值相等 C．绳子没有挡住射向R1的红外线时，R1的阻值是R2的3倍 D．绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的阻值会变为原来的5倍【分析】由电路图知，两电阻串联，AB间电压为R2两端电压。由题知，射向R1的激光被挡时它的电阻变化，由串联电路分压原理，结合图象分析射向R1的激光被挡和没挡时AB间电压以及两电阻的大小关系从而解题。【解答】解：由甲图电路知，R1与R2串联，AB间电压为R2两端电压。（1）由题知，当射向R1的激光被挡时，R1阻值变大，根据串联电路的分压原理知，R1分得电压增大，R2分得电压减小，由图象知，此时U2＝UAB＝2V，因为R1的电阻变大，自动计数器会计数一次，即AB间电压为2V计数一次，故A错误；由串联电路的分压原理有：＝＝，即：＝，所以：R1＝5R2，故B错误；（2）当射向R1的激光没有被挡时，R1阻值变小，R1分得电压减小，R2分得电压增大，由图象知，此时，U2'＝UAB'＝6V，由串联电路的分压原理有：＝＝，即：＝，所以：R1'＝R2，故C错误；且R1＝5R1'，即绳子挡住了射向R1的红外线时，R1的阻值会变为原来的5倍，故D正确。故选：D。【点评】本题是一道动态电路题，要能灵活运用串联电路分压原理，关键是根据电阻的变化，结合图象确定定值电阻两端电压的大小。二．实验探究题（共1小题）2．小丽设计了一个防踩踏模拟报警装置，工作原理如图甲所示。ABO为一水平杠杆，O为支点，OA：OB＝5：1，当水平踏板所受压力增大，电压表示数达到6V时，报警器R0开始发出报警信号。已知电路中电源电压为8V，R0的阻值恒为15Ω，压力传感器R固定放置，其阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示，踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。试问：（1）由图乙可知，压力传感器R的阻值随压力F的增大而减小；（2）当踏板空载时，闭合开关，R的阻值为25Ω，电压表的示数为3V。（3）当报警器开始报警时，踏板设定的最大压力值为40N。（4）若电源电压略有降低，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，则踏板触点B应向左（选填“左”或“右”）移动。【分析】（1）分析图乙中横轴和纵轴表示的对象，根据曲线变化判断；（2）由图乙可知当踏板空载时，压力传感器的电阻为25Ω，闭合开关时，压力传感器和报警器串联，根据欧姆定律求出电流，再求出报警器两端的电压，即为电压表示数；（3）电压表示数达到6V时，报警器R0开始发出报警信号，根据欧姆定律求出电流，再求出压力传感器两端的电压，根据欧姆定律求出压力传感器的阻值，从图象中找出压力值，再根据杠杆平衡条件求出踏板设定的最大压力值；（4）一段时间以后电源电压会降低，R0两端分得的电压减低，如果不更换电池，为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警，应增大R0两端的电压，根据杠杆的平衡条件判断踏板触点移动的方向。【解答】解：（1）如图乙所示，当压力增大时，传感器的电阻值会减小；（2）闭合开关时，压力传感器和报警器串联，由图乙可知当踏板空载时，压力传感器的电阻为R＝25Ω，此时电路中的电流：I＝＝＝0.2A，由I＝可得，报警器两端的电压：U0＝IR0＝0.2A×15Ω＝3V，即电压表示数为3V；（3）报警器R0开始发出报警信号时，U0′＝6V，此时电路中的电流I′＝＝＝0.4A，传感器两端的电压：U传＝U﹣U0′＝8V﹣6V＝2V，传感器的阻值R′＝＝＝5Ω，由图象可知当传感器的阻值为5Ω时，对应的压力为8N，根据杠杆平衡条件可得：F压×OA＝F踏×OB，即8N×5＝F踏×1，解得F踏＝40N；（4）一段时间以后电源电压会降低，R0两端分得的电压减低，根据串联电路的分压特点可知，应减小压敏电阻分担的电压，保证R0两端分得的电压不变，此时就应该减小压敏电阻的阻值，因电阻值随所受压力的增大而减小，所以应该增大压杆对传感器的压力，由杠杆平衡条件F压×OA＝F踏×OB可知，OA不变，F踏不变，所以F压和OB成正比，要增大压杆对传感器的压力，应增大OB，即把踏板触点B向左移动。故答案为：（1）减小；（2）25；3；（3）40；（4）左。【点评】本题中主要考查了串联电路分压的特点、杠杆平衡条件的应用等，具有一定的综合性，理解图象和这一装置的工作原理，是解决此题的前提，对我们分析题意的能力要求较高。三．计算题（共1小题）3．如图所示是一个电子拉力计原理图。电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A，小灯泡L上标有“3V，0.6W”的字样，a、b是一根长为40cm的均匀电阻丝，阻值R＝40Ω，硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（P与R间的摩擦不计），当拉力F＝0N时，滑片P与A接触时，弹簧正好保持原长，当拉力为F时，滑动变阻器B端与滑片P之间的距离为x，F与x的关系如表所示。F/N0100200300400…x/cm4035302520…（1）小灯泡L，正常工作时的电阻为多少？（2）闭合开关S，电流表、电压表示数都为0，若故障只发生在R0或灯L处，则电路中的具体故障是R0断路；（3）排除故障，闭合开关S，当F＝0N时，电流表的示数为0.1A，电压表示数为1V；当F＝700N时，电流表的示数为0.2A，求电源的电压U和定值电阻的阻值R0（4）该电子测力计的量程为0～700N，若要使其量程增加，写出你的办法串联一个电阻（一种即可）。【分析】（1）根据P＝求出灯泡正常发光时的电阻；（2）电路故障有两种：断路和短路，根据两个电表的示数分析故障所在；（3）根据P＝UI求出灯泡正常发光时的电流；根据表格中的数据分析出压力与x之间的关系，求出F＝700N时x的大小，从而求出接入电路电阻的大小，然后根据欧姆定律写出电源电压的表达式，从而求出电源电压和R0的阻值；（4）根据电路中电流最大时的总电阻求出R接入电路的阻值，从而求出测力计的量程；若要使其量程增加，需要减小电路中的电流。【解答】解：（1）根据P＝可知，灯泡正常发光时的电阻为：RL＝＝＝15Ω；（2）由图可知，该电路为串联电路；电流表测量电路中的电流，电压表测量灯泡两端的电压；闭合开关后，电流表无示数，说明电路出现了断路现象，电压表无示数，说明电压表的两极与电源的正负极之间是断开的，由于故障只发生在R0或灯L处，所以故障是R0断路；（3）灯泡正常发光时的电流为：IL＝＝＝0.2A；当F＝0时，R＝40Ω，I1＝0.1A，U1＝1V，根据串联电路中的电压规律可知，电源电压为：U＝0.1A×40Ω+1V+0.1A×R0①根据表格中的数据可知，当F每增大100N时，x就减小5cm，当F'＝700N时，可知x＝5cm；电阻丝40cm，其电阻为40Ω，即＝1Ω/cm，则x＝5cm×1Ω/cm＝5Ω；此时的电流为I2＝0.2A，灯泡正常发光；根据串联电路中的电压规律可知，电源电压为：U＝0.2A×5Ω+3V+0.2A×R0②由①②得：U＝6V，R0＝10Ω；（4）灯泡正常发光时电流为0.2A，此时电路中的电流是最大的，根据上题可知，此时的拉力为700N，所以量程为0﹣700N；若要使其量程增加，则R接入电路的长度要变小，电阻会变小，电路中的电流会变大，超过灯泡的额定电流，所以此时需要减小电路中的电流，所以可以在电路中串联一个电阻或更换电压较小的电源。故答案为：（1）正常工作时的电阻为15Ω；（2）R0断路；（3）U＝6V，R0＝10Ω；（4）0～700；串联一个电阻。【点评】本题考查了串联电路特点和欧姆定律的应用，关键是用好x随压力F变化的关系。本题很好的体现了物理与实际生活的结合，是一道好题。四．解答题（共1小题）4．小华同学为探究水流对物体的冲击力，设计了一个实验装置，如图甲所示，电源电压保持3V不变，电流表量程为0～1A，电阻不计，粗细均匀的电阻丝MN全长12cm，总电阻为9Ω，它的阻值与其接入电路的长度成正比。水平光滑杆AB上套有弹簧，弹簧弹力与其伸长量x的关系如图乙所示，弹簧左端固定，右端连接有滑块，滑块与滑片P、物体Q通过硬杆相连。滑片与电阻丝始终保持良好接触。水流冲击力为零时，滑片P刚好与电阻丝左端相接触，此时电流表满偏。（1）Q在水下1m处，求所受液体压强；（2）当水流速度增大时，电流表示数变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（3）电阻Ro的阻值为多少？（4）如果滑块稳定后电流表读数为0.5A时，物体所受到的冲击力大小为多少？【分析】（1）知道Q所处的深度，根据p＝ρgh求出受到水的压强；（2）由图可知，R0与变阻器串联，电流表测电路中的电流，根据水流速度的变化可知变阻器接入电路中电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化；（3）根据题意可知水流冲击力为零时，电阻丝接入电路中的电阻为零，电路中的电流最大且等于电流表的最大示数，根据欧姆定律求出电阻Ro的阻值；（4）根据欧姆定律求出电流表读数为0.5A时电路中的总电阻，根据电阻的串联求出变阻器接入电路中的电阻，再根据题意求出弹簧测力计的伸长量，根据图乙得出F﹣x的关系，然后求出物体所受到的冲击力。【解答】解：（1）Q在水下1m处所受液体压强：p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×9.8N/kg×1m＝9800Pa；（2）由图可知，R0与变阻器串联，电流表测电路中的电流，当水流速度增大时，滑片右移，接入电路中的电阻变大，电路中的总电阻变大，由I＝可知，电路中的电流变小，即电流表的示数变小；（3）当水流冲击力为零时，电阻丝接入电路中的电阻为零，电路中的电流I＝1A，则R0的阻值：R0＝＝＝3Ω；（4）当电流表读数为0.5A时，电路中的总电阻：R总＝＝＝6Ω，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电阻丝接入电路中的电阻：R＝R总﹣R0＝6Ω﹣3Ω＝3Ω，因电阻丝粗细均匀，全长12c