压轴题01 电学综合计算题（解析版）-2024年中考物理压轴题专项训练

压轴题01电学综合计算题考查电路中电流、电压、电能、电功率等相关物理量的计算；结合I-U或U-I图像，计算与图像相关的物理量；计算因滑动变阻器变化而导致的电路中其他物理的改变；结合电表的量程和分度值、滑动变阻器，小灯泡规格，计算电路中相关物理量的最值或取值范围；电热的综合计算——单挡位、多挡位问题；电路图常结合敏感电阻、电磁继电器，其他自动装置等考查。1.串联电路(如图):滑动变阻器接入电路电阻越小⇒电路电流越大，与滑动变阻器串联的用电器两端电压越大：①电流最大值(电流表量程、灯泡额定电流、滑动变阻器的最大电流⇒取最小);②电压最大值(灯泡额定电压、电压表量程⇒取最小);③滑动变阻器取值范围(最大值⇒滑动变阻器规格、并联在滑动变阻器两端的电压表读数最大时，接入电路的电阻⇒取最小；最小值⇒电路电流最大时接入电路的电阻).④小灯泡阻值R,不随温度变化时，滑动变阻器最大电功率即时，滑动变阻器有最大功率.2.并联电路(如图):滑动变阻器接入电路电阻越小⇒该支路电流越大⇒电路总电流越大：①电流最大值(电流表量程、流经滑动变阻器最大电流⇒取最小);②滑动变阻器取值范围(最大值⇒滑动变阻器规格；最小值⇒电流最大时滑动变阻器接入电路的电阻).3.多挡位电路分析步骤：连接方式⇒阻值大小判断⇒挡位判断，示例(如图):S闭合，R₁与R₂串联；S、S₀闭合，R,接入电路→R₁与R₂串联的总电阻大于R₁⇒S、S。闭合为高温挡，S闭合时为低温挡。目录：01求动态电路中的电功、电功率02最值问题03取值范围问题04多开关变换问题05图像题06电热器中的多档位开关问题07电磁继电器在电路中的应用08力敏、压敏、热敏等敏感电阻在电路中的应用09电磁感应在电路中的应用10简单机械在电路中的应用11其他电学压轴题01求动态电路中的电功、电功率1．（2024·四川广元·二模）如图所示的电路中，电源电压保持不变，小灯泡L标有“12V

6W”字样（忽略灯丝电阻随温度的变化），滑动变阻器R标有“20Ω

1A”字样，两个电压表均有“0~3V”和“0~15V”两个量程，电流表有“0~0.6A”和“0~3A”两个量程。闭合开关S，调节滑动变阻器滑片至最左端时，小灯泡恰好正常发光。（1）求小灯泡正常发光时的电阻。（2）当滑动变阻器的滑片P滑至连入电路的阻值为6Ω时，求此时电路的总功率。（3）若用电阻R0来替换小灯泡L，选择适当的电表量程，调节滑动变阻器滑片至中点时，电压表V1与V2的偏转角度之比为1∶2，求满足要求的R0的阻值。【答案】（1）24Ω；（2）4.8W；（3）9Ω，10Ω【详解】解：（1）小灯泡正常发光时的电阻（2）闭合开关S，调节滑动变阻器滑片至最左端时，电路为只有小灯泡的简单电路，小灯泡恰好正常发光，则电源电压，当滑动变阻器的滑片P滑至连入电路的阻值为6Ω时，电路中的总电阻此时电路中的电流电路的总功率P=UI=12V×0.4A=4.8W（3）若用电阻R0来替换小灯泡L，滑动变阻器滑片至中点时，电路为R₀、R的串联电路，此时滑动变阻器连入电路的阻值。电压表V₂测电源电压，故电压表V₂的量程为0∼15V，电压表V₁的量程可能为0∼3V或0~15V。当电压表V₁的量程为0~3V时，电压表V₁与V₂偏转角度之比为1：2，则电压表V₁与V₂的示数之比为1∶10，即所以又则。当电压表V₁的量程为0∼15V时，电压表V₁与V₂偏转角度之比为1∶2，则电压表V₁与V₂的示数之比为1∶2，即，则则则满足要求的R0的阻值为90Ω或10Ω。答：（1）小灯泡正常发光时的电阻为24Ω；（2）此时电路的总功率为4.8W；（3）满足要求的R0的阻值为90Ω或10Ω。2．（2023·江苏南通·模拟预测）如图所示，电源电压恒定，R为滑动变阻器，小灯泡L的规格为“3V

3W”，不计灯丝电阻随温度而发生的变化。现将滑动变阻器的触头移至某一位置，当S1闭合，S2断开时，小灯泡正常发光；当S1与S2均闭合时，电流表的示数为1.5A。求：（1）小灯泡正常发光时流过灯泡的电流强度I；（2）电源电压U及滑动变阻器接入电路的阻值R1；（3）S1闭合，S2断开，当滑动变阻器接入电路的阻值为12Ω时，滑动变阻器在50s内消耗的电能W。

【答案】（1）1A；（2）9V，6Ω；（3）216J【详解】解：（1）小灯泡正常发光时流过灯泡的电流强度（2）将滑动变阻器的触头移至某一位置，当S1闭合，S2断开时，变阻器和灯泡串联，电流表测量电路中的电流，由串联电路电流的规律可知通过变阻器的电流是1A，电源电压U=UL+IR1=3V+1A×R1①当S1与S2均闭合时，只有变阻器的简单电路，电流表测量电路中的电流，电源电压U=I′R1=1.5A×R1②由①和②得到U=9V，R1=6Ω（3）灯泡正常发光时的电阻S1闭合，S2断开，当滑动变阻器接入电路的阻值为12Ω时，电路中的电流滑动变阻器在50s内消耗的电能W=I″2Rt=(0.6A)2×12Ω×50s=216J答：（1）小灯泡正常发光时流过灯泡的电流强度I为1A；（2）电源电压U等于9V，滑动变阻器接入电路的阻值R1为6Ω；（3）当滑动变阻器接入电路的阻值为12Ω时，滑动变阻器在50s内消耗的电能W为216J。02最值问题3．（2024·黑龙江绥化·模拟预测）在如图所示的电路中，电源电压和小灯泡的阻值均保持不变，电源电压U=6V，小灯泡R2标有“3V3W”字样，电流表的量程为0~0.6A，电压表的量程为0~3V，滑动变阻器R3的最大阻值为20Ω。求：（1）只闭合S2时，电流表示数为0.5A，则滑动变阻器R3接入的电阻是多大；（2）闭合开关S1和S3时，电路的功率为6W，则闭合开关S1、S2和S3时，电路的总电阻；（3）在不损坏各元件的情况下，只闭合开关S1，R1消耗的最大功率为多少。【答案】（1）9Ω；（2）2Ω；（3）2.16W【详解】解：（1）只闭合S2时，R2和R3串联，电流表测的是电路电流，电压表测的是R3的两端电压。根据可得，灯泡的电阻为此时电流表示数为0.5A，即电路电流为；根据串联电路特点和欧姆定律可得，滑动变阻器R3接入的电阻是（2）闭合开关S1和S3时，电路为R1的简单电路，根据可得，R1的电阻为闭合开关S1、S2和S3时，R3被短路，R2和R1并联，因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以，电路中的总电阻为（3）在不损坏各元件的情况下，只闭合开关S1，R1和R3串联，电流表测的是电路电流，电压表测的是R3的两端电压。当变阻器接入电路的电阻最大时，根据分压原理可知，其两端电压最大，由于电压表的量程为0~3V，所以变阻器的两端电压最大为3V；根据串联分压可得，此时R1的两端电压为根据欧姆定律可得，此时通过R1的电流为电流表安全。由于电流表的量程为0~0.6A，当电流表示数达到最大时，即，根据欧姆定律可得，此时R1的两端电压为根据串联分压可得，此时R3的两端电压为电压表安全。综上可知，电路的最大电流为，此时R1消耗的功率最大，为答：（1）只闭合S2时，电流表示数为0.5A，则滑动变阻器R3接入的电阻是9Ω；（2）闭合开关S1和S3时，电路的功率为6W，则闭合开关S1、S2和S3时，电路的总电阻为2Ω；（3）在不损坏各元件的情况下，只闭合开关S1，R1消耗的最大功率为2.16W。4．（2023·湖南长沙·二模）如图所示，电源两端电压不变，灯泡上标有“6V3W”字样（假设灯泡的电阻不随温度而改变）。当只闭合开关S1时，电流表的示数为I1，电压表的示数为U1，电路的总功率是P1，当开关S1、S2、S3都闭合时，电流表的示数为I2，电压表示数为U2，电路的总功率是P2，当只闭合开关S2时，电阻R2的电功率为0.72W，已知U1∶U2=3∶4，I1∶I2=1∶4。求：（1）灯泡的阻值；（2）P1∶P2；（3）通过开关的断开或闭合，电路的最大功率和最小功率分别为多少？

【答案】（1）12Ω；（2）1:4；（3）3W，0.75W【详解】解：（1）由P=UI可得，灯泡L正常工作时的电流为由欧姆定律可得，灯泡的电阻为（2）当只闭合开关S1时，R1与L串联，电压表测量R1两端的电压，电流表测量电路中电流，电流表的示数为I1，电压表的示数为U1，电路的总功率是P1；当开关S1、S2、S3都闭合时，R1与R2并联，电压表测电源电压，电流表测干路电流，电流表的示数为I2，电压表示数为U2，电路的总功率是P2，当只闭合开关S2时，R2与L串联，电压表测量R2两端的电压，电流表测量电路中电流；U2即电源电压，因电源电压不变，根据P=UI可知，电功率与电流成正比，故P1∶P2=I1∶I2=1∶4（3）已知U1∶U2=3∶4，在第一次操作中，根据串联电路电压的规律，灯的电阻与R1的电压之比为1∶3，由分压原理可知，有R1=3RL=3×12Ω=36Ω根据在电压不变时，电流与电阻成反比，根据串联和并联电阻的规律，在第1、2次操作中对应的电流之比有联立得出R2=18Ω在第3次操作中，电阻R2的电功率为0.72W，根据P=I2R可知电路的电流为在第3次操作中，根据串联电阻的规律及欧姆定律，电源电压为根据，电源电压不变时，电路的电阻越小（大），电路的功率最大（小），根据并联、串联电阻的规律，可知R1与R2并联时电路的电阻最小，则有电路的最大功率为R1大于R2；故当灯与R1串联时电路的电阻最大，即在第1次操作中电路的功率最小，根据串联电阻的规律有答：（1）灯泡的阻值为12Ω；（2）P1∶P2为1∶4；（3）通过开关的断开或闭合，电路的最大功率和最小功率分别为3W和0.75W。5．（2023·湖南长沙·三模）如图所示电路，电源电压为24V，滑动变阻器R的最大阻值为200Ω，灯泡L上标有“12V6W”的字样，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~15V。当闭合开关S和S1且断开S2时，移动滑动变阻器的滑片，当P在a点时，滑动变阻器接入电阻为Ra，电流表示数为I1，滑动变阻器功率为Pa，当P在b点时，滑动变阻器接入电阻为Rb，电流为I2，滑动变阻器功率为Pb，已知，，，则：（1）灯泡L正常工作时的电流为多少；（2）当闭合S和S2，断开S1时，移动滑片使灯泡正常发光，此时滑动变阻器连入电路的电阻为多少；（3）定值电阻R0阻值多少；（4）闭合开关S和S1，断开S2时，保证电路安全的条件下，R0可实现的是最大功率和最小功率之比是多少？

【答案】（1）0.5A；（2）24Ω；（3）90Ω；（4）64:9【详解】解：（1）灯泡L上标有“12V6W”字样，表示灯的额定电压为12V，额定功率为6W，由可得，灯泡L正常发光时的电流（2）当闭合S和S2，断开S1时，灯泡L与滑动变阻器R串联，当灯泡正常发光时，此时电路中的电流为0.5A，串联电路分电压，此时滑动变阻器两端的电压为由欧姆定律推导公式得到此时接入电路中的滑动变阻器阻值为（3）闭合开关S和S1且断开S2时，定值电阻R0与滑动变阻器R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流，则滑动变阻器分别接入电路中的阻值为Ra和Rb时，电路中的电路中的电流分别为

①

②已知，，联立①②解得

③由题干知

④由可知

⑤在⑤中代入题干中数据和①②③等式得解得由③得（4）R最大阻值为200Ω，R0阻值恒定90Ω，因R0和R组成串联电路，出于电器安全考虑，各电表不能超过量程最大值，据可知，当定值电阻R0两端的电压最小时，功率最小，故调节滑动变阻器R使R两端电压最大为15V，此时R0两端的电压最小为R0的最小功率为当R未接入电路时，滑动变阻器两端电压达到最小0V，电源电压集中在R0两端，此时电流最大电流表安全，故R0两端电压为最大值24V时，功率最大为R0的最大功率和最小功率之比为答：（1）灯泡L正常工作时的电流为0.5A；（2）当闭合S和S2，断开S1时，移动滑片使灯泡正常发光，此时滑动变阻器连入电路的电阻为；（3）定值电阻R0阻值为90Ω；（4）闭合开关S和S1，断开S2时，保证电路安全的条件下，R0的最大功率和最小功率之比为64∶9。03取值范围问题6．（2024·江苏徐州·一模）如图，电源电压恒定U＝9V，R1、R2是定值电阻，R1＝10Ω，滑动变阻器R3标有“20Ω，0.5A”字样，闭合开关S1、S2、S3，电流表的示数为1.5A。求：（1）只闭合开关S1，电流表的示数；（2）开关S1、S2、S3都闭合时，R2在10s内产生的热量；（3）只闭合开关S3，移动变阻器滑片时，R1的电功率变化范围。【答案】（1）0.9A；（2）54J；（3）0.9~2.5W【详解】解：（1）只闭合开关S1，电路中只有R1工作，所以电流表示数（2）开关S1、S2、S3都闭合时，R1、R2并联，滑动变阻器R3被短路，电流表测干路电流。因并联电路各支路互不影响，根据并联电路的电流特点可知，通过R2的电流大小为R2在10s内产生的热量为（3）只闭合开关S3，滑动变阻器R3与电阻R1串联，滑动变阻器允许通过的最大电流为0.5A，故电路中最大电流为，R1最大电功率为当滑片移动到最左端时，电阻最大，电路中电流最小为R1最小电功率为所以R1的电功率变化范围为0.9~2.5W。答：（1）只闭合开关S1，电流表的示数为0.9A；（2）开关S1、S2、S3都闭合时，R2在10s内产生的热量为54J；（3）只闭合开关S3，移动变阻器滑片时，R1的电功率变化范围为0.9~2.5W。7．（2023·河北邯郸·二模）如图所示的电路中，电源电压保持不变，小灯泡L的规格为“6V，3.6W”（灯丝电阻不随温度变化），滑动变阻器R标有“50Ω，1A”字样，电压表量程为0~15V。求：（1）小灯泡正常发光时的电阻是多少；（2）若电源电压为15V，当R取最大值时，求电路总功率；（3）若将灯泡换成等阻值的定值电阻，闭合开关S后，将滑动变阻器R的滑片P从距左端三分之一处移动到最右端的过程中，发现电表示数均不小于所选量程最大值的三分之一，且保证电路安全，求电源电压U的取值范围。

【答案】（1）10Ω；（2）3.75W；（3）12V~16V【详解】解：由电路图可知，小灯泡与滑动变阻器串联，电流表测电路中的电流。（1）根据可得小灯泡正常发光时的电阻为（2）当R取最大值时，则电路中的总电阻R总＝R+RL＝50Ω+10Ω＝60Ω则电路总功率（3）将滑动变阻器R2的滑片P从距左端三分之一处向右端移动的过程中，电表示数均不小于三分之一，所以，由滑动变阻器的规格可知，电流表的量程为0~0.6A，电路中电流的变化范围为0.2A~0.6A，当电路中的电流为0.2A时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电源的电压U＝I（R1+R2）＝0.2A×（10Ω+50Ω）＝12V当电路中的电流为0.6A时，滑动变阻器接入电路中的电阻为，此时电源的电压所以，电源的电压范围为12V~16V；由电压表的量程为0~15V可知，电压表示数的变化范围为5V~15V，当电压表的示数为5V时，滑动变阻器接入电路中的电阻为，此时电源的电压当电压表的示数为15V时，滑动变阻器接入电路中的电阻为50Ω，此时电源的电压所以，电源的电压范围为8V~18V；因电流表、电压表能同时偏转相同的角度，所以，电源的电压范围为12V~16V。答：（1）小灯泡正常发光时的电阻是10Ω；（2）若电源电压为15V，当R取最大值时，电路总功率为3.75W；（3）电源电压U的取值范围为12V~16V。04多开关变换问题8．（2023·江苏苏州·一模）如图所示，电源电压不变，定值电阻，电流表量程为，小灯泡标有“6V，3W”字样（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。当开关S闭合，S1、S2断开，滑动变阻器滑片P从b端滑动到某一位置时，变阻器接入电路中的阻值减小了10Ω，电流表示数变化了0.2A，此时小灯泡恰好正常发光。（1）电源电压是多大？（2）S闭合，S1、S2断开时，为保证电路安全，滑动变阻器的取值范围是多少？（3）S、S1、S2都闭合，为保证电路安全，求滑动变阻器的最大功率。【答案】（1）7.5V；（2）3Ω-13Ω；（3）16.875W【详解】答：（1）由得小灯泡正常发光的电流为由得灯泡的电阻为当开关S闭合，、断开，该电路为滑动变阻器R和小灯泡L的串联电路，电流表测电路中的电流；由题知滑片P从b滑至某一位置时，其接入电路的阻值变小，电路中的电流变大；当滑片P从b端滑至某一位置时，灯泡正常发光，则电路中的电流为则电源电压为①当滑片P在b端时，电路中的电流为则电源电压为②联立①②可解得（2）S闭合，、断开时，为保证电路安全，当滑动变阻器接入电路的电阻最小时，灯正常发光，此时接入的电阻当变阻器接入电路的电阻最大，电路安全，故滑动变阻器的取值范围。（3）当开关S、、都闭合时，L被短路，该电路为滑动变阻器R和定值电阻的并联电路，电流表测干路的电流；通过的电流为已知电流表量程为，则干路电流最大，由并联电路的电流特点可知通过R的最大电流为则滑动变阻器的最大功率为答：（1）电源电压是；（2）滑动变阻器的取值范围；（3）当开关S、、都闭合时，调节滑片P，在保证电路安全的前提下，滑动变阻器R的最大功率是。9．（2023·湖南长沙·三模）如图所示电路，电源电压恒定。R1=10Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为25Ω、允许通过的最大电流为2A，电流表的量程为0~3A。当只闭合S1和S2时，电压表示数为6V；当只闭合S1和S3时，电流表示数为0.6A。求：（1）当只闭合S1和S2时，流过R1的电流；（2）当只闭合S1和S3时，R3的电功率；（3）当S1、S2和S3都闭合时，保证仪器安全的情况下，若换用不同的电源，都能使电流表的示数达到最大值3A，电源电压的取值范围。

【答案】（1）0.6A；（2）3.6W；（3）5V~12.5V【详解】解：（1）当只闭合S1和S2时，电压表测R1两端电压，同时也是测电源电压，即U=6V；流过R1的电流（2）当只闭合S1和S3时，电路为R3的简单电路，电流表示数即为流过R3的电流，I3=0.6A；R3的电功率为P3=UI3=6V×0.6A=3.6W（3）当S1、S2和S3都闭合时，R1、R2、R3并联，此时电流表显示的是干路电流，则滑动变阻器R2的电流为最大电流值2A时，电源电压值应为最小值，因电流表在干路上，示数达到最大值3A，根据并联电路电流规律I1′+I3′=I-I2′=3A-2A=1A即代入数据得解得U小=5V；当滑动变阻器R2达到最大阻值25Ω时，电源电压值应为最大值，因电流表在干路上，示数达到最大值3A，根据并联电路电流规律I1″+I2″+I3″=3A即代入数据得解得U大=12.5V；因此，当S1、S2和S3都闭合时，保证仪器安全的情况下，电源电压的取值范围为5V~12.5V。答：（1）当只闭合S1和S2时，流过R1的电流为0.6A；（2）当只闭合S1和S3时，R3的电功率为3.6W；（3）当S1、S2和S3都闭合时，保证仪器安全的情况下，若换用不同的电源，都能使电流表的示数达到最大值3A，电源电压的取值范围为5V~12.5V。05图像题10．（2023·山东德州·中考真题）如图甲所示，电源电压U保持不变，当只闭合开关S1，滑动变阻器的滑片从最右端滑向中点过程中得到电压表与电流表示数的变化图像如图乙所示。闭合开关S1、S3，断开S2，滑动变阻器的滑片在最左端时，电路的总功率为15W。已知R2=2R1，求：（1）定值电阻R1的阻值；（2）R0的最大阻值和电源电压U；（3）定值电阻R3的阻值及整个电路的最大功率。

【答案】（1）10Ω；（2）10V；（3）20W【详解】解：（1）只闭合S1时，R0与R1串联，电压表V测R1两端的电压，电流表A测串联电路中的电流，由乙图可知，R1的阻值（2）只闭合开关，滑片位于最右端时，电源电压……①滑片位于R0中点时，电源电压……②联立①②两式解得即R0的最大阻值为30Ω，电源电压为10V。（3）由题意可知闭合开关S1和S3，断开开关S2，滑动变阻器滑片滑到最左端时，R1和R3并联，则所以R3的阻值当滑片位于最左端，开关S1、S2、S3都闭合时，R1、R2、R3并联，此时电路总电阻最小，电路总功率最大，整个电路的最大功率答：（1）定值电阻R1的阻值为10Ω；（2）R0的最大阻值和电源电压为10V；（3）定值电阻R3的阻值及整个电路的最大功率为20W。11．（2024·广东茂名·一模）如图甲是小梦家豆浆机的工作原理图（豆浆机由搅拌器和加热器R组成），其中电动机是用来带动刀头将原料进行粉碎打浆的，电动机的额定功率是200W，R是加热电阻，R的额定功率是1100W，豆浆机一般工作是：加热-搅拌-加热-搅拌-加热（图乙、丙是此豆浆机做一次豆浆时的工作信息）。小梦的妈妈向豆浆机中加入黄豆和清水共1.5kg，求：（1）豆浆机的加热电阻是多少？（2）从第6min至第9min，豆浆吸收的热量是多少？[]（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？【答案】（1）44Ω；（2）1.8×105J；（3）7.5×105J【详解】解：（1）从图甲可知，电源的电压为220V，加热电阻R的额定功率是1100W，根据电功率的推导式可知，豆浆机的加热电阻为豆浆机的加热电阻为44Ω。（2）已知小梦的妈妈向豆浆机中加入黄豆和清水共1.5kg，那么豆浆的质量为1.5kg，观察图丙，从第6min至第9min，豆浆的温度变化量为根据比热容公式可知，这段时间豆浆吸收的热量为豆浆吸收的热量为1.8×105J。（3）从图乙可看到，豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能为总共消耗的电能为7.5×105J。答：（1）豆浆机的加热电阻为44Ω；（2）从第6min至第9min，豆浆吸收的热量为1.8×105J；（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能为7.5×105J。12．（2024·江苏常州·一模）图甲为某同学设计的调光灯电路，S为选择开关，当S接触a点时，小灯泡L正常发光但不能调光；当S接触b点时，电路断开；当S接触c点时，滑片P调至最右端时，灯泡的实际功率为额定功率的一半。已知滑动变阻器的铭牌上标有“1A”，小灯泡额定电压为6V，灯泡L的电流与电压关系如图乙所示，电源电压恒为9V。求：（1）当S接触a点时，小灯泡100s内消耗的电能；（2）定值电阻的阻值；（3）S接触c点，在保证电路元件安全的条件下，整个电路消耗的总功率的范围。【答案】（1）360J；（2）5Ω；（3）4.05W~5.4W【详解】解：（1）如图甲所示，当S接触a点时，小灯泡和定值电阻R0串联，小灯泡正常发光，小灯泡额定电压为6V，由图乙可知此时通过小灯泡的电流为0.6A，则小灯泡100s内消耗的电能为（2）电源电压恒为9V，当S接触a点时，小灯泡和定值电阻R0串联，小灯泡两端的电压为6V，则定值电阻R0两端的电压为当S接触a点时，小灯泡和定值电阻R0串联，由图乙可知此时通过小灯泡的电流为0.6A，根据串联电路电流处处相等可知，通过定值电阻的电流为0.6A，则定值电阻的阻值为（3）当小灯泡正常发光时，小灯泡两端的电压为6V，通过小灯泡的电流为0.6A，则小灯泡的额定功率为当S接触c点时，滑片P调至最右端时，灯泡的实际功率为额定功率的一半，则灯泡的实际功率为由图乙可知，当小灯泡两端的电压为4V时，通过的电流为0.45A，此时小灯泡的实际功率刚好为1.8W，则当滑动变阻器滑片P调至最右端时即是电阻最大时，电路电流最小为0.45A，此时电路功率最小由题可知，为保证电路元件安全，允许通过的最大电流为0.6A，此时电路功率最大为整个电路消耗的总功率的范围为4.05W~5.4W。答：（1）则小灯泡100s内消耗的电能为360J；（2）定值电阻的阻值为5Ω；（3）整个电路消耗的总功率的范围为4.05W~5.4W。06电热器中的多档位开关问题13．（2024·陕西西安·二模）小明家的豆浆机的简化电路如图所示，铭牌中部分参数如表所示。豆浆机工作时加热器先加热，待水温达到时温控开关闭合，电动机开始打磨且加热器继续加热，直到产出豆浆成品，电源开关自动断开。小明用初温的水和少量豆子制作豆浆。水和少量豆子的总质量为1kg。[水和豆子的比热容取]（1）求加热器单独工作时电路中的电流；（2）求温控开关闭合前水和豆子吸收的热量；（3）本次制作豆浆共计用了的时间，若在温控开关闭合前加热器正常工作生产的热量被水和豆子吸收，求本次制作豆浆共消耗的电能。豆浆机铭牌最大容积V/L2加热器功率P热/W880额定电压U/V220电动机功率P动/W1120【答案】（1）4A；（2）1.848×105J；（3）7.44×105J【详解】解：（1）由P=UI知道，加热器单独工作时电路中的电流（2）温控开关闭合前水和豆子吸收的热量（3）由知道，在温控开关闭合前加热器正常工作消耗的电能由知道，在温控开关闭合前加热器正常工作的时间则电动机工作的时间电动机消耗的电能加热消耗的总电能则本次制作豆浆共消耗的电能答：（1）加热器单独工作时电路中的电流为4A；（2）温控开关闭合前水和豆子吸收的热量为1.848×105J；（3）本次制作豆浆共消耗的电能为7.44×105J。14．（2024·河南周口·一模）如图甲所示是一款具有加热、保温两挡功能的电热饭盒，内部电路如图乙所示，R1、R2均是发热电阻且阻值保持不变，部分参数如表所示。额定电压220V额定功率保温挡60.5W加热挡484W（1）开关S拨到______时，电路处于加热挡；当该电热饭盒在加热挡正常工作时，电路中的电流为多少A？（2）发热电阻R2的阻值为多少Ω？（3）某次使用时，关闭家里其它用电器，仅让电热饭盒保温，发现家里标有“”的电子式电能表的指示灯闪烁10次所用的时间为10min，上述工作时家庭电路实际电压为多少V？【答案】（1）2，2.2A；（2）700Ω；（3）200V【详解】解：（1）当开关拨到1时，电阻R1、R2串联，电路中总电阻大，电路中电流小，处于保温档；当开关拨到2时，电路中只有电阻R1，电路中电阻较小，电路中电流大，处于加热档。由可知，加热档正常工作时电路中的电流（2）由可知，电阻R1的阻值由可知，保温档时电路中的电流电路总电阻由串联电路电路特点可知，电阻R2的阻值（3）指示灯闪烁10次所消耗的电能此时电路实际功率由得此时家庭电路实际电压答：（1）开关S拨到2时，电路处于加热挡；当该电热饭盒在加热挡正常工作时，电路中的电流为2.2A；（2）发热电阻R2的阻值为700Ω；（3）家庭电路实际电压为200V。15．（2023·广西贺州·一模）如图甲所示，是一款养生杯，其铭牌如下表所示。它有着高温消毒、中温加热和低挡保温的功能，其等效电路结构如图乙所示。已知：电源电压为36V，R1和R2为发热电阻，R3是规格为“20Ω5A”的滑动变阻器。S闭合，S1、S2均断开时，电器处于低温挡，移动滑片，可以手动调节低温挡的加热功率：S、S1闭合，通过控制S2的通断，可以使电器处于高温挡或中温挡。（1）养生杯以中温挡正常工作了5min，求发热电阻产生的热量；（2）电阻R2的阻值大小；（3）电压表的量程为“0~24V”，电流表量程为“0~3A”，在不损坏电路元件的前提下，求低温挡手动调节时R1的加热功率范围。【答案】（1）5.4×104J；（2）12.96Ω；（3）20W~64.8W【详解】解：（1）养生杯以中温挡正常工作了5min，发热电阻产生的热量为（2）S、S1、S2闭合时，R1、R2并联，电路的总电阻最小，根据可知，电源的电压一定时，养生杯的功率最大，处于高温挡；当S、S1闭合，S2断开时，电路为只有R1的简单电路，养生杯处于中温挡；因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以：R2的电功率为P2=P高-P中=280W-180W=100W因为并联电路中各支路的两端电压相等，因此根据可得，R2的电阻为（3）S、S1闭合，S2断开时，电路为R1的简单电路，养生杯处于中温挡，根据可得，R1的电阻为S闭合，S1，S2均断开时，R1与R3串联，电压表测R3的两端电压，电流表测电路电流，养生杯处于低温挡，当R3接入电路中的电阻为0时，电路中的电流为电流表量程0~3A，所以电路中的最大电流，此时低温挡的功率为当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，根据串联电阻的规律及欧姆定律，电路中的电流为R3两端的电压为即当滑动变阻器接入电路中的电阻变大时，根据串联电路分压原理，电压表示数变大，因为电压表量程为0~24V，所以电压表示数最大为：，所以，当R3两端的电压时，电路中的电流最小，此时R1的两端电压为电路中的最小电流为此时低温挡的功率为所以，低温挡手动调节时R1的加热功率范围为20W~64.8W。答：（1）养生杯以中温挡正常工作了5min，发热电阻产生的热量为5.4×104J；（2）电阻R2的阻值大小为12.96Ω；（3）低温挡手动调节时R1的加热功率范围为20W~64.8W。07电磁继电器在电路中的应用16．（2024·四川内江·一模）某校开展了安全创意设计比赛活动，物理兴趣小组利用磁性开关设计了烟雾报警与自动喷淋联动模拟系统，当烟雾达到一定浓度时触发自动报警喷淋，防范火灾发生。如图所示，图甲为该模拟系统示意图，为控制电路中的气敏电阻，定值电阻。控制电路中的电流时，磁性开关动触片被电磁铁吸引与触点a接触，安全指示灯L熄灭，报警喷淋系统同时正常工作；控制电路中的电流小于0.02A时，动触片被释放，与触点b接触，安全指示灯亮，报警喷淋系统停止工作。已知控制电路电源电压大小可调节，电磁铁线圈电阻不计，气敏电阻的阻值与烟雾浓度C的关系如图乙所示。工作电路电源电压，报警电铃标有“36V18W”字样。（1）报警电铃响时电流表示数为2.5A，喷淋系统工作20s消耗的电能是多少？（2）通过调节大小，可改变该装置对烟雾探测的灵敏度。调节，当触发报警喷淋的最低烟雾浓度时，则控制电路此时消耗的电功率是多少？【答案】（1）1440J；（2）0.1W【详解】解：（1）由图可知，当报警电铃响时喷淋系统与电铃并联，此时电铃两端电压等于电源电压36V，电铃正常工作，通过电铃的电流为电流表测量干路电流为2.5A，通过喷淋系统的电流为喷淋系统工作20s消耗的电能是（2）由乙图可知，RC与浓度成一次函数关系，当浓度为0时，RC为300Ω，当浓度为5%时，RC为250Ω，所以当浓度为8%时，RC的电阻为解得此时控制电路的电流为0.02A，电功率为答：（1）喷淋系统工作20s消耗的电能是1440J；（2）控制电路此时消耗的电功率是0.1W。17．（2024·福建泉州·一模）图是可自动调节浴室温度的灯暖型浴霸的简易电路图。控制电路中，电源电压为U1，定值电阻R0的阻值为15Ω，热敏电阻R的阻值随温度变化关系如下表所示，电磁继电器线圈电阻不计。工作电路中，电源电压U2恒为220V，浴霸的两只灯泡均标有“220V275W”的字样。当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，工作电路闭合。温度t/°C16202428323640电阻R1/Ω300285265243215185150（1）求工作电路闭合时，通过工作电路的总电流；（2）若浴室的温度不能超过40℃，求控制电路电源电压的最小值；（3）若控制电路电源电压为12V，求浴室温度的调节范围；（4）为了使浴室的控制温度升高，只增加电磁继电器线圈的匝数，这种方法是否可行？请说明理由。【答案】（1）2.5A；（2）9.9V；（3）20~36℃；（4）见解析【详解】解：（1）工作电路闭合时，两灯并联，两灯的工作电压均为额定电压220V，由与并联电路特点得，通过工作电路的总电流（2）控制电路中Rt、R0、电磁继电器串联，电磁继电器线圈电阻不计。若浴室的温度不能超过40℃，则当热敏电阻的温度为40℃时，衔铁断开，两灯不工作。由表格中数据得，此时热敏电阻Rt电阻为150Ω；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，由欧姆定律与串联电路电压特点得，控制电路电源电压的最小值（3）若控制电路电源电压为12V，由欧姆定律得，当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开，此时控制电路的电阻为热敏电阻Rt电阻为由表格中数据得，浴室温度温度为36℃。当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，此时控制电路的电阻为热敏电阻R1电阻为由表格中数据得，浴室温度温度为20℃，则浴室温度的调节范围为20~36℃。（4）增加电磁继电器线圈的匝数，其他条件不变时，电磁铁磁性增强，则当控制电路中电流较小时，衔铁就会被吸下，由欧姆定律得，此时控制电路中总电阻较大，R0阻值不变，则此时热敏电阻的阻值较大，由表格中数据得，浴室温度变小，即当浴室温度较小时，浴霸就停止工作，故无法使浴室的控制温度升高，则这种说法不可行。答：（1）工作电路闭合时，通过工作电路的总电流2.5A；（2）若浴室的温度不能超过40℃，控制电路电源电压的最小值9.9V；（3）若控制电路电源电压为12V，浴室温度的调节范围20~36℃；（4）见解析。18．（2023·湖南岳阳·二模）为节约用水，小华为农场的储水箱设计了一个自动抽水控制装置，如图所示，水箱高为1m，容积为。在空水箱底部竖直放置一重5N的长方体，长方体高为1m、底面积为，上端通过绝缘轻杆与控制电路的压敏电阻R接触，此时压敏电阻受到的压力为零。压敏电阻R的阻值随压力F的增大而减小，部分数据如表，控制电路的电源电压，定值电阻为保护电阻，当控制电路的电流时，电磁铁将衔铁吸合，工作电路断开泵停止给储水箱抽水。(取)压力180185190195200压敏电阻1817161412（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少？（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为多少？（3）为了更加安全的工作，小华通过反复试验，只调整R0的大小，使水面离顶部还有0.05m时，水泵停止给水箱抽水，求此时R0的功率。【答案】（1）2A；（2）200N；（3）【详解】解：（1）由图可知，水泵正常工作时电压为220V，由可得正常工作时通过的电流是（2）长方体的体积为长方体浸没在水中，其排开水的体积为则长方体受到的浮力为（3）水面离顶部还有时长方体受到的浮力为此时压敏电阻受到的压力为由表可知，压敏电阻，根据欧姆定律可得电路总电阻为则定值电阻的阻值为此时的功率为答：（1）若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是2A；（2）储水箱装满水时长方体所受浮力大小为200N；（3）只调整的大小，使水面离顶部还有时，水泵停止给水箱抽水，此时的功率为。08力敏、压敏、热敏等敏感电阻在电路中的应用19．（2024·重庆北碚·模拟预测）近期流行性感冒高发，容易传染，为了实现零接触测温，疯狂物理小组为医务室设计了一个测温报警装置，其内部简化电路图如图甲所示。若门外来人，用手按压测温区域，力感电路中压敏电阻R压阻值随压力的变大而变小，当定值电阻R1两端电压表示数U≥1V时，触发热感电路开关S2闭合；若热感电路电流I≥0.2A，则会触发报警器发出警报，医务室的医生即可通过报警提示决定是否将该同学带入隔离室检查，调节滑动变阻器R2的阻值可设置报警临界温度。已知电源电压均为9V，电压表量程0-3V，电流表量程0-0.6A，R1=5Ω，R2的规格是“100Ω，1A”，热敏电阻R热随温度的变化图像如图乙所示。求（1）当电压表的示数为2V时，力感电路中的电流；（2）若设置的临界温度为36.5℃，求此时滑动变阻器接入电路的阻值；（3）若移动滑片完成某次设置后，报警器发出警报时，R1的最小功率和R2的功率之比为1∶2，求此次设置的报警临界温度。【答案】（1）0.4A；（2）5Ω；（3）37.5℃【详解】解：（1）由图可知，电压表测定值电阻R1两端电压，当电压表的示数为2V时，力感电路中的电流（2）若设置的临界温度为36.5℃，由表可知，压敏电阻的阻值为40Ω，设置的临界温度为36.5℃，此时电路中的总电阻为此时滑动变阻器接入电路的阻值（3）由可知，当电阻一定时，电压越大电功率越大，因为定值电阻R1两端电压表示数U≥1V，所以当定值电阻R1两端电压为1V时，电功率最小为因为R1的最小功率和R2的功率之比为1∶2，所以R2的功率为此时滑动变阻器接入电路的电阻为此时热敏电阻的阻值为由表可知，此时的温度为37.5℃。答：（1）力感电路中的电流0.4A；（2）滑动变阻器接入电路的阻值5Ω；（3）此时的温度为37.5℃。20．（2023·湖南长沙·三模）如图1所示为升降机电路的部分原理图。电源电压恒定不变，R0是定值电阻，电压表量程为0~15V，压敏电阻R1的阻值与所受压力大小的关系如图2所示，闭合开关S后，电动机启动，当压敏电阻受到的压力是2000N时，电路中的电流是I1，压敏电阻的功率为P1；当压敏电阻受到的压力是3000N时，电路中的电流是I2，压敏电阻的功率为P2，此时电路的总功率为3.6W；已知P1：P2=48：50.求：（1）当电路电流为I2时，通电100s，电路消耗多少焦耳的电能；（2）电流之比I1：I2；（3）保证电路安全的前提条件下，压敏电阻可受到的最大压力是多少N。

【答案】（1）360J；（2）4：5；（3）3800N【详解】解：（1）闭合开关，两电阻串联接入电路，电压表测定值电阻两端的电压，当电路电流为I2时，此时电路的总功率为3.6W，通电100s，电路消耗电能W=Pt=3.6W×100s=360J（2）由图2可知当压敏电阻受到的压力是2000N时，压敏电阻的阻值是120Ω，电路中的电流是I1，压敏电阻的功率为P1；当压敏电阻受到的压力是3000N时，压敏电阻的阻值是80Ω，电路中的电流是I2，压敏电阻的功率为P2，已知P1：P2=48：50，则整理可得（3）串联电路总电阻等于各部分电阻之和，根据欧姆定律可得解方程可得R0=80Ω；则电源电压电压表量程为0~15V，当电压表示数最大为15V时，通过电路的电流串联电路总电压等于各部分电压之和，此时压敏电阻接入电路的阻值由图2可知压敏电阻受到的压力每增大1000N，压敏电阻的阻值就减小40Ω，则则答：（1）当电路电流为I2时，通电100s，电路消耗电能360J；（2）电流之比I1：I2=4：5；（3）保证电路安全的前提条件下，压敏电阻可受到的最大压力是3800N。21．（2023·山东泰安·一模）某安全设备厂研发了一种新型抗压材料，要求对该材料能承受的撞击力进行测试。如图甲所示，材料样品（不计质量），闭合开关，将重物从样品正上方处静止释放，并最终静止在样品上的过程中，电流表的示数I随时间t变化的图像如图乙所示，定值电阻，重物下落时空气阻力忽略不计，已知。求：（1）0~t1时间内，压力传感器的电阻；（2）t1~t3时间内，样品受到的最大撞击力；（3）撞击后重物静止在样品上，定值电阻R0的功率；（4）重物从静止释放到撞击样品的过程中，重力做功。

【答案】（1）110Ω；（2）400N；（3）0.4W；（4）300J【详解】解：（1）在重物下落的过程中，压力传感器受到的压力最小且保持不变，电路中的电流最小，此时的电流，电路中的总电阻因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，压力传感器R的阻值（2）在测试过程中，样品受到的撞击力最大时，电路中的电流最大，由图乙可知，电路中的最大电流，此时电路中的总电阻则此时压力传感器R的阻值由图丙可知，样品受到的最大撞击力为400N。（3）当重物在样品上静止时，重物对样品的压力大小等于重物的重力大小；此时与撞击过程相比，压力减小，电流减小；由图乙可知，此时的电流为，定值电阻R0的功率为（3）根据欧姆定律，当重物在样品上静止时电路的总电阻为根据串联电路电阻的规律可得，此时压力传感器的电阻由丙图可知，此时的压力，下落过程中做的功为答：（1）时间内，压力传感器的电阻为110Ω；（2）时间内，样品受到的最大撞击力为400N；（3）撞击后重物静止在样品上，定值电阻R5的功率为0.4W；（4）重物从静止释放到撞击样品的过程中，重力做功为300J。22．（2023·湖南长沙·二模）某物理兴趣小组设计了一套测量货车重力的模拟装置，工作原理如图所示。ABO为一水平杠杆，OA长1.2m，O为支点，AB∶OB＝5∶1，平板上物体所受重力大小通过电压表读数显示。压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化的关系如表所示。当电源电压U为12V，平板空载时，闭合开关S，电压表的示数为1.5V。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。F/N04812162023…R/Ω70605040302012.5…（1）定值电阻R0的阻值；（2）当平板上物体重120N时，电压表的示数；（3）电池组用久后电源电压变小为9V，要求平板上重为120N的物体对应的电压表读数和电池组的电压U＝12V的情况下相同，其它条件不变，只水平调节杠杆上触点B的位置即可实现，试判断并计算触点B应向哪个方向移动？移动多少距离？

【答案】（1）10Ω；（2）4V；（3）向右，3cm【详解】解：（1）压力传感器和定值电阻串联接入电路，电压表测定值电阻两端的电压，由表格可知当平板空载时，压力传感器的阻值为70Ω，因串联电路总电压等于各部分电压之和，串联电路各处电流相等，则由欧姆定律可得：即解得R0＝10Ω（2）平板上物体对平板的压力FB＝G＝120N由题知AB∶OB＝5∶1则OA∶OB＝6∶1由杠杆平衡条件FA×OA＝FB×OB得杠杆A点受到的压力由于力的作用是相互的，压力传感器受到的压力为20N，由表格可知压敏电阻的阻值R′＝20Ω串联电路总电阻等于各分电阻之和，由欧姆定律得此时电压表的示数（3）电源用久后电压变小，电路中电流变小，若要求此时平板上重为120N的物体对应的电压表示数和电源电压为12V的情况下相同，则需减小压力传感器的电阻，就要增大压力传感器受到的压力，其它条件不变，由杠杆平衡条件可知，需向右移动B触点，设调节距离为L，此时压力传感器阻值为R′′，因为此时电压表示数和R0的阻值不变，所以由欧姆定律可知电路中电流不变，仍然为0.4A，则此时的电源电压即解得R′′＝12.5Ω由表格可知可知传感器受到的压力为23N，由于力的作用是相互的，杠杆A点受到的压力为FA′＝23N由杠杆平衡条件可得解得答：（1）定值电阻R0的阻值为10Ω；（2）当平板空载时，电压表的示数为4V；（3）如果只水平调节杠杆上触点B的位置，则触点B应向右移动，移动3cm。09电磁感应在电路中的应用17．（2024•碑林区校级四模）无链条电动自行车，被称为“没有链条的混合动力电动自行车”。它相比传统自行车具有很多优点如：省力、耐用、安静、灵便、结构简单等，因此，无链条电动自行车是城市中一种理想的交通工具。如图甲所示为一种在售的无链条电动自行车。它结合了电子动力和人体动力，此车既可以通过给锂电池充电获得能量；也可以通过骑行者踩脚踏板获得能量。骑行者踩脚踏板的动能，可转化为电能，存储在自行车框架中的锂电池内，之后通过电动机驱动后轮转化成动能，以此驱动自行车前进。因此使骑行者骑得更省力，同时也能减少对环境的污染。为了保证电动车的续航能力，该车采用了能量密度大的锂电池，其能量密度达160W•h/kg。能量密度为存储能最距电池质量的比值）（g取10N/kg）。整车整车质量40kg最大车速26km/h锂电池最大噪声≤30dB电压36V容量10Ah电动机额定功率180W（1）脚踩踏板获得的能量转变为电能，图乙中与其工作原理相同的是A；（2）电动车行驶时极为安静是从声源处（选填“声源处”或“传播途中”）减弱噪声，与汽车相比，电动车启动较快的原因之一是因为其质量小，具有的惯性较小；求：（3）图甲中这款车的锂电池最多所储存的电能为多少焦？锂电池的质量为多少千克？（4）测试时若质量为60kg的骑行者不踩脚踏板，仅靠锂电池驱动，在平直路面上可连续匀速行驶2.7×104m，已知行驶时的阻力为车对地面压力的0.04倍，电动机的效率为多少？【分析】（1）发电机的工作原理是电磁感应现象；（2）减弱噪声的途径：从噪声的产生处减弱噪声﹣﹣消声；在传播过程中，用柔软多孔的物质来吸收声波﹣﹣吸声；在传播过程中，用真空玻璃等办法来隔断声波的传播﹣﹣隔声；物体保持原来运动状态不变的性质叫惯性，惯性大小只跟物体的质量大小有关；（3）由表格数据可知锂电池的电压和容量，根据W＝UIt求出这款车的锂电池最多所储存的电能，利用能量密度达160Wh/kg求出锂电池的质量；（4）电动自行车在平直路面上匀速行驶对地面的压力等于自身的重力，根据F＝G＝mg求出其大小，电动自行车在平直路面上匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力大小相等，根据F＝f＝0.04F压求出电动机的牵引力，利用W＝Fs求出电动机牵引力做的功，利用效率公式求出电动机的效率。【详解】解：（1）骑行者踩脚踏板的动能，通过发电机可转化为电能，原理为电磁感应，故A正确；（2）与汽车相比，电动自行车的质量较小，具有的惯性较小，运动状态容易改变，所以电动自行车启动较快；（3）由表格数据可知，锂电池的电压为36V，容量为10A•h，则这款车的锂电池最多所储存的电能：W＝UIt＝36V×10Ah＝360Wh＝360W×3600s＝1.296×106J，根据能量密度的定义，由能量密度达160Wh/kg可得，锂电池的质量：m＝＝2.25kg；（4）因水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以，电动自行车在平直路面上匀速行驶对地面的压力：F＝G总＝（m车+m人）g＝（40kg+60kg）×10N/kg＝1000N，因电动自行车在平直路面上匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，电动机的牵引力：F牵＝f＝0.04F＝0.04×1000N＝40N，电动机牵引力做的功：W′＝F牵s＝40N×2.7×104m＝1.08×106J，则电动机的效率：η＝×100%＝×100%≈83.3%。答：（1）A；（2）声源处；惯性；（3）这款车的锂电池最多所储存的电能为1.296×106；锂电池的质量为2.25千克；（4）电动机的效率为83.3%。【点评】本题考查了能量的转化和电功公式、重力公式、二力平衡条件、做功公式以及效率公式的应用，从题干中获取有用的信息是关键，要注意水平面上物体的压力和自身的重力相等。10简单机械在电路中的应用24．（2024•龙凤区一模）在物理项目多元探究学习活动中，某科技小组的同学设计了如图甲所示的船只升降实验模型。模型中的船厢A和所盛水的总重为5N，圆柱形浮筒B底面积为100cm2，重为18N。电路中电源电压恒定，R0为定值电阻，压敏电阻Rx（表面绝缘，厚度不计）固定于容器C底部，上表面积为50cm2，Rx阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排水阀，向C中注入适量水后关闭进水阀，装置静止时，测得C中水深为20cm，B浸入水中的深度为7cm（未浸没），闭合开关S，此时电流表示数I1＝30mA；再次打开进水阀，向C中缓慢注入一定质量的水，浮筒B上升，使A下降30cm，稳定后电流表示数I2＝24mA。若不计绳重和摩擦，水的密度，g取10N/kg，求：（1）B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力；以及动滑轮的重力；（2）C中水深为20cm时Rx阻值；（3）电路中电源电压值。【分析】（1）当B浸入水中的深度为7cm时，浸入水中的体积VB＝SBhB，由F浮＝ρ液gV排可得B浸入水中所受的浮力；模型中的船厢A和所盛水的总重为5N，由图甲可知滑轮组绳子有效段数n＝3，可得绳子对动滑轮的拉力F1，浮筒B对动滑轮向下的拉力F2，对动滑轮进行受力分析可知F1＝F2+G动可得动滑轮的重力；（2）根据p＝ρgh可得当水深为20cm时，根据p＝ρgh水对容器C底部压强，由p＝可得容器底部受到的压力F，结合乙图象可知，当压力为10N时，Rx＝100Ω；（3）在容器C中注水后，船厢A的总重力不变，滑轮组绳子的拉力不变，则浮筒B受到竖直向上的拉力不变，由F浮＝G﹣F拉可知，浮筒B受到的浮力不变，当浮筒B浸入水中的深度仍为7cm时，在容器C中再注入一定质量的水，浮筒B将上升，使船厢A下降30cm，浮筒B浸入水中的深度不变，此时水面上升高度10cm，容器底部受到水的压强的增加量Δp＝ρ水gΔh＝1000Pa，压敏电阻受到的总压力15N，由图乙可知，此时Rx′＝140Ω，根据欧姆定律I＝可列出电源电压的方程程可得电源电压大小。【详解】解：（1）当B浸入水中的深度为7cm时，浸入水中的体积：VB＝SBhB＝100×10﹣4m2×7×10﹣2m＝7×10﹣4m3，由F浮＝ρ液gV排可得，B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×7×10﹣4m3＝7N；模型中的船厢A和所盛水的总重为5N，由图甲可知滑轮组绳子有效段数n＝3，绳子对动滑轮的拉力：F1＝3GA＝3×5N＝15N，浮筒B对动滑轮向下的拉力：F2＝GB﹣F浮＝18N﹣7N＝11N，对动滑轮进行受力分析可知：F1＝F2+G动，所以，G动＝F1﹣F2＝15N﹣11N＝4N；（2）根据p＝ρgh可得当水深为20cm时，水对容器C底部压强为：p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10﹣2m＝2×103Pa，由p＝可得容器底部受到的压力：F＝pSC＝2×103Pa×50×10﹣4m2＝10N，由图乙可知，当压力为10N时，Rx＝100Ω；（3）在容器C中注水后，船厢A的总重力不变，滑轮组绳子的拉力不变，则浮筒B受到竖直向上的拉力不变，由F浮＝G﹣F拉可知，浮筒B受到的浮力不变，当浮筒B浸入水中的深度仍为7cm时，在容器C中再注入一定质量的水，浮筒B将上升，使船厢A下降30cm，浮筒B浸入水中的深度不变，此时水面上升高度Δh＝×30cm＝10cm，容器底部受到水的压强的增加量：Δp＝ρ水gΔh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×10×10﹣2m＝1000Pa，容器底部受到水的压力的增加量：ΔF＝ΔpSC＝1000Pa×50×10﹣4m2＝5N，压敏电阻受到的总压力：F′＝F+ΔF＝10N+5N＝15N，由图乙可知，此时Rx′＝140Ω，根据欧姆定律I＝可得电源电压：U＝I1（Rx+R0）＝0.03A×（100Ω+R0）①U＝I2（Rx′+R0）＝0.024A×（140Ω+R0）②由①②解得：R0＝60Ω，U＝4.8V。答：（1）B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力为7N；动滑轮的重力为4N；（2）C中水深为20cm时Rx阻值为100Ω；（3）电路中电源电压值为4.8V。【点评】本题考查体积公式、阿基米德原理、动滑轮特点、串联电路特点、欧姆定律、压强定义式、液体压强公式的灵活运用，综合性强，难度大。11其他电学压轴题25．（2024·全国·模拟预测）如图所示电路，电源电压U保持不变，为定值电阻，初始时滑动变阻器的滑片P在a点，闭合开关S后滑片P在、、、、点（、、、、把滑动变阻器电阻四等分）电压表、电流表读数记录如下表。请根据表格数据分析计算：P位置000.150.20.3331.510（1）此电路的滑动变阻器某处发生断路，若故障只发生在一个地方，则故障点位于之间（填“ab”“bc”“cd”或“de”）；（2）计算滑动变阻器段的电阻值是多少？（3）当P在d点时，的电功率是多少？【答案】ab5Ω0.4W【详解】（1）[1]由表格可知，闭合开关S后滑片P在、处时，电流表无示数，说明在ab之间发生了断路，此时电压表串联在电路中测量电源电压，所以电源电压为3V。（2）[2]由图可知，ac段的电阻与cd段的电阻串联，所以有由表可知，滑动变阻器段的电阻值是（3）[3]当P在d点时，根据串联电路电流处处相等的特点，通过的电流为0.2A，所以的电功率为一．计算题1．（2024•济南模拟）观看《热辣滚烫》后，跃跃买了可视化握力器进行锻炼，其原理可简化为图甲。电源电压恒为12V，定值电阻R1＝50Ω，压敏电阻R2的阻值随压力的变化如表，用改装后的灵敏电流表显示托盘所受压力。其中托盘可视为手与压敏电阻的接触面，质量不计。闭合开关后，问：R2/Ω55049043037031025020015010070…F/N050100150200250300400500600…（1）当托盘中不放物体时，电路中的总电阻是多少Ω？（2）当握力器显示为600N时，电路中的电流是多少A？（3）将装有水的烧杯放在托盘上，握力计显示为120N；再用细线悬挂一个体积为5×10﹣3m3的金属块浸没在水中（水未溢出），如图乙所示，则托盘压力的变化量至少是多少N？【分析】（1）由图甲可知，定值电阻R1与压敏电阻R2串联，根据表格得出托盘中不放物体时的电阻，根据串联电路电阻的规律计算总电阻。（2）根据握力器显示为600N找出对应的电阻，根据串联电路电阻的规律和欧姆定律算出电流表的示数；（3）物体对液体的压力等于物体所受浮力；根据阿基米德原理计算浮力，即增大的最小压力。【详解】解：（1）由图甲可知，定值电阻R1与压敏电阻R2串联，托盘中不放物体时压力为0，由表格可知，压敏电阻R2＝550Ω，定值电阻R1＝50Ω，电路的总电阻：R＝R1+R2＝50+550Ω＝600Ω；（2）握力器显示为600N，压敏电阻R'2＝70Ω，定值电阻R1＝50Ω，电路的总电阻：R'＝R1+R'2＝50Ω+70Ω＝120Ω，根据欧姆定律算出电流表的示数：I＝＝＝0.1A；（3）将装有水的烧杯放在托盘上，握力计显示为120N；再用细线悬挂一个体积为5×10﹣3m3的金属块浸没在水中（水未溢出），物体浸没在液体中受到的浮力：F浮＝ρ液gV排＝1.0×103kg/m3×5×10﹣3m3×10N/kg＝50N。根据力的作用是相互的，当物体没有接触底部时，水对物体的浮力50N，物体对整体向下的压力为50N，则托盘压力的变化量至少是50N。答：（1）当托盘中不放物体时，电路中的总电阻是600Ω；（2）当握力器显示为600N时，电路中的电流是0.1A；（3）托盘压力的变化量至少是50N。【点评】本题考查串联电路的特点和欧姆定律以及浮力的计算，属于中档题。2．（2024•扶沟县一模）某同学为学校草坪设计了一个自动注水喷淋系统，其电路设计如图甲，控制电路电源电压U1＝12V，R0为定值电阻，RF为压敏电阻，电磁铁线圈电阻忽略不计，压敏电阻RF放置于水箱底部（如图乙），其阻值与压力有关，阻值随水位变化关系如下表。工作电路包括注水系统和喷淋系统，其电源电压U2＝220V。圆柱体水箱底面积S＝0.4m2，当水箱内的水位上升到2m时，通过电磁铁线圈的电流Ia＝0.1A，衔铁恰好被吸下，注水系统停止工作，此时电流表示数I1＝1A，当水位下降到1m时，衔铁恰好被拉起，注水系统开始给水箱注水，此时电流表示数I2＝2A。水位/m0.250.500.751.001.251.501.752.002.25压敏电阻RF阻值/Ω300200125907065626059（1）当水箱内水位达到2m时，控制电路中压敏电阻RF的功率为多少W？（2）当水箱内水位下降到1m时，通电电磁铁线圈的电流Ib为多少？（3）已知喷淋系统一直给草坪喷水，每秒钟喷水量恒为0.001m3，注水系统工作时，每秒钟给水量箱注水恒为0.005m3，求相邻两次开始给水箱注水的这段时间内，工作电路消耗的电能？【分析】（1）由图知，控制电路中R0、RF、电磁铁线圈串联，当水箱内水位达到2米时，由表格可知压敏电阻RF的阻值，由P＝I2R计算RF的功率；（2）在水位2米时，根据串联电路特点和欧姆定律计算R0阻值；当水位1米时，由表格数据知RF连入阻值，计算出总电阻，从而得到控制电路中电流；（3）分别计算注水系统注水时间和喷淋系统喷水时间；由W＝UIt计算注水和喷淋同时进行时工作电路电流做功和喷淋系统单独工作电流做功，从而计算工作电路消耗的总的电能。【详解】解：（1）由图知，控制电路中R0、RF、电磁铁线圈串联，由表中数据知，当水箱内水位达到2米时，RF＝60Ω，控制电路中电流Ia＝0.1A，所以RF的功率：PF＝RF＝（0.1A）2×60Ω＝0.6W；（2）当水位为2米时，根据串联电路特点和欧姆定律可得R0阻值，R0＝R总1﹣RF＝﹣RF＝﹣60Ω＝60Ω，当水位1米时，由表格数据知RF1＝90Ω，由串联电路特点和欧姆定律可得线圈的电流：Ib＝＝＝0.08A；（3）由工作电路知，注水和喷淋系统是并联的，注水系统从水位1米开始注水到2米，注水的总体积：V总＝0.4m2×（2m﹣1m）＝0.4m3，注水的同时喷淋系统一直工作，所以注水时间：t1＝＝100s，水位从2米下降到1米，需要的时间：t2＝＝400s，所以注水系统与喷淋系统同时工作时，工作电路电流做的功：W＝U2I2t1＝220V×2A×100s＝4.4×104J，喷淋系统单独工作时，工作电路电流做功：W'＝U2I1t2＝220V×1A×400s＝8.8×104J，所以相邻两次开始给水箱注水的这段时间内，工作电路消耗的电能：W总＝W+W'＝4.4×104J+8.8×104J＝1.32×105J。答：（1）当水箱内水位达到2m时，控制电路中压敏电阻RF的功率为0.6W；（2）当水箱内水位下降到1米时，通电电磁铁线圈的电流Ib为0.08A；（3）相邻两次开始给水箱注水的这段时间内，工作电路消耗的电能为1.32×105J。【点评】本题考查了串联和并联电路特点、欧姆定律以及电功计算公式的应用，要能看懂整个自动注水喷淋系统原理图，关键是求出各系统的工作时间。3．（2024•茶陵县一模）如图甲所示，电源电压可调，滑动变阻器R标有“1A”字样，电流表量程0～3A，小灯泡L1、L2的额定电压均为6V，其电流与电压的关系如图乙所示。只闭合开关S1，滑动变阻器滑片P移至中点时，小灯泡正常发光，此时滑动变阻器的功率为3.2W。求：（1）L2正常发光时的电阻；（2）此时的电源电压和滑动变阻器的最大电阻；（3）若滑片的移动范围为2Ω至最大阻值处，只闭合S3，移动滑片P且同时调节电源电压，使其中一个小灯泡正常发光，各元件均安全工作，求电路总电功率的变化范围。【分析】（1）由图乙可知，当灯泡L2正常发光时，L2两端的电压和通过L2的电流，由欧姆定律求出L2正常发光时的电阻；（2）若只闭合S1时，灯L2与变阻器串联，根据灯泡L2正常发光时的电流和串联电路的电流特点求出通过滑动变阻器的电流，根据P＝I2R求出变阻器连入电路中的电阻，从而得出滑动变阻器的最大阻值；（3）只闭合S3时，两灯串联后再与变阻器串联，因灯L1的额定电流大于灯L2的额定电流确定只能使L2正常发光；由串联电路的电流特点可知，电路中的电流I＝＝0.8A；由图象可知，当电流为0.8A时的L1两端的电压，根据欧姆定律求出此时L1的电阻；根据滑动变阻器滑片P的移动范围为2Ω至最大阻值处，和串联电路的电阻特点分别求出电路的最小和最大电阻，根据P＝I2R分别得出电路的最小和最大功率。【详解】解：（1）由图乙可知，L2正常发光时的电流I2＝0.8A，则L2正常发光时的电阻；（2）只闭合开关S1时，L2与滑动变阻器串联，L2正常发光，则I＝I2＝0.8A，滑动变阻器电压＝，电源电压U＝U2+U滑＝6V+4V＝10V，滑动变阻器最大电阻＝10Ω；（3）只闭合S3时，两灯串联后再与变阻器串联，通过两灯的电流相等，因灯L1的额定电流大于灯L2的额定电流，所以只能使L2正常发光，此时电路中的电流：I＝＝0.8A；由图象可知，当电流为0.8A时的L1两端的电压＝2V，此时灯L1的电阻＝＝2.5Ω，因滑动变阻器接入电路的电阻不小于2Ω，根据串联电路的电阻特点可知，电路的最小电阻：R串小＝7.5Ω+2Ω+2.5Ω＝12Ω；电路的最大电阻：R串大＝7.5Ω+10Ω+2.5Ω＝20Ω，所以电路的最小功率：P小＝I2R串小＝（0.8A）2×12Ω＝7.68W；电路的最大功率：P大＝I2R串大＝（0.8A）2×20Ω＝12.8W，即电路总电功率的变化范围为7.68W～12.8W。答：（1）L2正常发光时的电阻为7.5Ω；（2）此时的电源电压和滑动变阻器的最大电阻10Ω；（3）电路总电功率的变化范围为7.68W～12.8W。【点评】本题考查串联电路的规律及欧姆定律的运用及电功率公式的运用，最后一问是难点，关键是明确只能使L2正常发光，另外注意本题中电源电压可调。4．（2024•西岗区校级模拟）如图所示电路中，电源电压保持不变。只闭合开关S1，移动滑动变阻器的滑片，使电路中电流达到最小值，此时电流表示数为0.15A，电压表的示数为3V；只闭合开关S2，移动滑片至滑动变阻器的中点c处时，电压表的示数为5V，此时电阻R2的电功率为0.5W。求：（1）电阻R1的阻值是多少Ω？（2）电源电压是多少V？（3）滑动变阻器R3的最大阻值是多少Ω？（4）当开关S1、S2、S3都闭合时，电路消耗的总功率是多少W？【分析】（1）只闭合开关S1，R1和R3串联，电流表测量电路电流，电压表测量R1两端的电压，移动滑动变阻器的滑片，使电路中电流达到最小值，则滑动变阻器的滑片位于b处，接入电路的阻值最大，根据欧姆定律可知R1的阻值；（2）（3）只闭合开关S1，R1和R3串联，根据串联电路的电压特点和欧姆定律可得出电源电压的表达式；只闭合开关S2，R2和R3串联，电流表测量电路电流，电压表测量R2两端的电压，移动滑片至滑动变阻器的中点c处时，根据P＝UI可知此时电路中的电流，根据欧姆定律可知R2的阻值；根据串联电路的电压特点和欧姆定律可得出电源电压的表达式；联立以上两式可得出电源电压和滑动变阻器R3的最大阻值；（4）当开关S1、S2、S3都闭合时，滑动变阻器被短路，电路为R1和R2并联的电路，根据P＝可得出电路消耗的总功率。【详解】解：（1）只闭合开关S1，R1和R3串联，电流表测量电路电流，电压表测量R1两端的电压，移动滑动变阻器的滑片，使电路中电流达到最小值，则滑动变阻器的滑片位于b处，接入电路的阻值最大，根据欧姆定律可知R1＝＝＝20Ω；（2）（3）只闭合开关S1，R1和R3串联，根据串联电路的特点和欧姆定律可得电源电压：U＝U1+U3＝U1+I1R3＝3V+0.15A×R3﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①；只闭合开关S2，R2和R3串联，电流表测量电路电流，电压表测量R2两端的电压，移动滑片至滑动变阻器的中点c处时，根据P＝UI可知此时电路中的电流I2＝＝＝0.1A，根据欧姆定律可知R2＝＝＝50Ω，电源电压U＝U2+U3′＝U2+I2×R3＝5V+0.1A×R3﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②；解①②可得：U＝6V，R3＝20Ω；（4）当开关S1、S2、S3都闭合时，滑动变阻器被短路，电路为R1和R2并联的电路，电路消耗的总功率P总＝+＝+＝2.52W。答：（1）电阻R1的阻值是20Ω；（2）电源电压是6V；（3）滑动变阻器R3的最大阻值是20Ω；（4）当开关S1、S2、S3都闭合时，电路消耗的总功率是2.52W。【点评】本题考查等效电路分析、欧姆定律的应用和电功率的计算等知识，综合性强，难度适中。5．（2024•美兰区一模）如图所示，电源电压为可调电压，小灯泡L标有“4V1.6W”，滑动变阻器R1标有“40Ω1A”的字样，电流表的量程为0﹣0.6A，电压表的量程为0﹣3V．（不考虑温度对灯丝电阻的影响）求：（1）小灯泡L的阻值是多少？（2）当S、S1、S2都闭合，将滑动变阻器的滑片P移到中点时，电流表的示数为0.45A，电压表示数为3V，则R2消耗的电功率是多少？（3）将电源电压调至6V时，闭合开关S，断开开关S1、S2，在确保电路安全的前提下，则滑动变阻器R1允许接入电路的阻值范围。【分析】（1）已知灯泡的额定电压和额定功率；根据P＝可求出灯泡L的阻值。（2）当S、S1、S2都闭合，将滑动变阻器的滑片P移到中点时，滑动变阻器R与R2并联，电压表测电源电压，电流表测干路电流；根据欧姆定律求出通过滑动变阻器的电流，根据并联电路的电流特点求出通过R2的电流，最后即可，根据P＝UI求出R2消耗的电功率‘（3）将电源电压调至6V时，闭合开关S，断开开关S1、S2，滑动变阻器R与灯泡串联，在确保电路安全的前提下，则先根据欧姆定律求出灯泡的额定电流，根据电流表的量程和滑动变阻器R1的允许通过的最大电流比较，判断得出电路中的最大电流，然后根据欧姆定律求出电路的总电阻，并根据电阻的串联求出变阻器接入电路的最小阻值；当电压表示数为3V时，变阻器接入电路的阻值最大，根据串联电路电压特点和欧姆定律求出变阻器接入电路的最大阻值。【详解】解：（1）根据P＝可得：灯