專題七 電功和電路計算（原卷版）

專題七電功和電路計算[考點導航]歐姆定律計算??電和磁計算??電熱計算??[歐姆定律計算]如圖甲所示電路，滑動變阻器電阻R2的滑片P從下端往上端滑動過程中，電壓表與電流表的示數(shù)呈圖乙所示的規(guī)律。求：（1）滑動變阻器R2接入電路的阻值變化范圍。（2）電阻R1的阻值。小科通過查閱資料了解到，航天科研人員采用如下方法檢驗“天宮二號”艙體的氣密性。將待檢驗的艙體M置于一個不漏氣的集氣空腔N中，如圖甲所示，先對艙體M充入壓強為1.0×105Pa的空氣，再把集氣空腔N抽成真空，利用兩個完全相同的壓敏電阻RM、RN來測量艙體M和集氣空腔N中的壓強，壓敏電阻RM、RN的阻值隨氣體壓強變化的關(guān)系如表。已知艙體M的容積為V，集氣空腔N真空部分的容積為4V，飛船艙門的面積是0.6m2，不計艙體M器壁的體積，整個過程溫度不變。電路中R0的阻值為16Ω，電源電壓為12V。請回答下列問題：壓敏電阻受到的氣壓（×105Pa）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0壓敏電阻對應的電阻值（Ω）504030221512108654（1）當開關(guān)與b相連，若電壓表示數(shù)變大可判斷艙體M漏氣，請敘述理由。（2）若艙門不漏氣，且開關(guān)S接a時，電路中電流表的示數(shù)是多少？（3）實驗表明，一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強隨體積的變化如圖乙所示。若空氣從艙體M中逸出，經(jīng)過一定的時間后，M、N中的壓強相等。若開關(guān)S接在b處，求此時整個電路消耗的總功率。（4）在檢驗過程中的某時刻，開關(guān)接a時電壓表的示數(shù)為Ua、壓敏電阻RM的功率為PM，開關(guān)接b時電壓表的示數(shù)為Ub、壓敏電阻RN的功率為PN，若Ua：Ub＝2：1，且PM：PN＝6：5，則此時艙門內(nèi)外受到的壓力差為多少？某科學探究小組的同學設計了如圖甲裝置，用于測量石塊密度。R為滑動變阻器，其最大阻值為20歐。Rx為力敏電阻，力敏電阻的阻值與壓力的關(guān)系如圖乙所示。測量時，先將石塊沉入水底，再向礦泉水瓶中加一定量的水，直到石塊離開杯底但仍浸沒在水中，讀出電流表示數(shù)I1；第二次向礦泉瓶中加適量水，直到石塊離開水面，靜止在空中，讀出此時電流表示數(shù)I2。通過計算獲得石塊的密度。（1）實驗過程中，石塊離開杯底到石塊上部露出水面前，電流表示數(shù)的變化情況是（填“變大”、“變小”或“不變”）。（2）已知電源電壓為6伏，測量某石塊密度時，滑動變阻器滑片恰好位于中點，力敏電阻所受壓力FA與繩子對石塊的拉力F拉的關(guān)系如下表所示。若實驗中讀得I1為0.2安，I2為0.3安，求該石塊的密度（不計礦泉水瓶、滑輪、杠桿自身質(zhì)量）。FA（牛）50100150200250F拉（牛）12345（3）若在實驗中滑輪質(zhì)量不能忽略，則該測量方法對結(jié)果有一定的影響。小明認為可以通過調(diào)節(jié)滑片來消除這種影響。請指出為了消除滑輪質(zhì)量的影響，應該如何調(diào)節(jié)滑片位置并說明理由。[電和磁計算]為了保障高鐵列車運行的安全，列車上安裝了多個煙霧報警器，一旦有人吸煙，列車上的煙霧報警系統(tǒng)就會報警，列車就會減速運行甚至停車，小明在查閱相關(guān)資料后，設計了一個“煙霧報警器”（如圖）該報警器的“控制電路”由光敏電阻R、電磁鐵（線圈阻值R0＝15Ω）、電源U＝6V、開關(guān)等組成；“工作電路”由工作電源、電鈴、導線等組成。小明的設計思路：當光敏電阻接收到的光照減弱到一定程度時，工作電路接通，電鈴報警。已知該光敏電阻的阻值R與光強E之間的關(guān)系如表所示：（“光強”表示光強弱的程度，符號為E，單位為cd）光強E/cd1.02.03.04.05.06.0光敏電阻/Ω36.018.012.09.07.26.0（1）當有人在動車內(nèi)吸煙時，電磁鐵的磁性如何變化？。（2）閉合開關(guān)S，如果當線中的電流大于等于250mA時，銜鐵才能被吸合，則光照強度至少達到多少cd時電鈴才能報警。（3）按小明的設計，你有什么方法可以提高煙霧報警器的靈敏度（即在更少的煙霧條件下就能報警）？（寫出兩種）圖甲為熱敏電阻的R﹣t圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的恒溫箱的簡單溫控電路，繼電器線圈的電阻為150歐，當線圈中電流大于或等于28毫安時，繼電器的銜鐵被吸合，為繼電器線圈供電的電池的電壓為6伏，圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。（1）從圖甲中可得50℃時熱敏電阻的阻值為歐。（2）恒溫箱的加熱器應接在A、B端還是C、D端？（3）若恒溫箱內(nèi)的溫度達到100℃時，通過計算分析恒溫箱加熱器是否處于工作狀態(tài)？（4）若在原控制電路中，串聯(lián)接入一個可變電阻，當該電阻增大時，所控制的恒溫箱內(nèi)的最高溫度將（選填“變大”“不變”或“變小”）。[電熱計算]小寧為了設計了一個電子量角器（如圖甲所示），把同種材料制成的粗細均勻的電阻絲AB彎成半圓形，O為圓心，OP為能夠繞圓心轉(zhuǎn)動的金屬滑片（OP的阻值忽略不計），P與AB接觸良好，OA與OP的夾角為θ，電阻絲AB的阻值為25Ω。將制作好的電子量角器接入電路，如圖乙所示，電源電壓U＝6V不變，R0＝25Ω，電壓表量程為0﹣3V。轉(zhuǎn)動滑片OP，電壓表的示數(shù)隨之改變，將角度標在電壓表的刻度盤的對應刻度線上。（1）當轉(zhuǎn)動OP使角θ為180°時，電壓表的示數(shù)為V；（2）能否去掉電路中的R0，請判斷并說明理由；（3）求當θ為36°時R0的電功率；（4）小寧發(fā)現(xiàn)改造后的刻度盤不均勻，請你在圖丙的基礎上幫他重新設計電路，使得角度在電壓表的刻度盤上能分布均勻。某工廠車間的一臺機器在工作時會排放一定量的廢水和廢氣，需要安裝排氣裝置，以保證空氣中廢氣含量不超標。小明設計如圖甲所示電路，實現(xiàn)：機器不工作時，小功率排氣扇工作；機器工作一段時間后，大功率排氣扇工作，OA是一根可以繞O點轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)杠桿，B處通過細桿b與力敏電阻Rx接觸，A處通過細桿a與物體M連接，物體M重為3牛，OB：OA＝1：2，銜鐵可以繞D點轉(zhuǎn)動，廢水較少時，銜鐵受彈簧的支撐作用，其右觸點恰好與觸點T1接觸，M1工作；當Rx受壓力為12牛時，電磁鐵恰好吸引銜鐵，使右觸點與觸點T2接觸，M2工作。排氣扇的規(guī)格為：M1（220伏，60瓦），M2（220伏，120瓦）。機器運行時，產(chǎn)生的廢水以0.1千克/分鐘的速度排入廢水箱，物體M受到的浮力（F浮）與廢水質(zhì)量（m）關(guān)系如圖乙、（圖中部分固定裝置未畫出）（1）當物體M被廢水浸沒時，M受到的浮力是牛。（2）工人進入車間后，先閉合開關(guān)S2，使小功率排氣扇先工作一段時間。啟動機器時，同時閉合開關(guān)S1。請計算廢水箱中的廢水質(zhì)量積累至2千克的過程中，排氣扇消耗的電能。（3）為了讓大功率排氣扇提早啟動，小明采取移動細桿b的做法，請指出細桿b的移動方向，并說明理由：。小寧在光合作用實驗中，要將葉片放在盛有酒精的小燒杯中，并對小燒杯進行水浴加熱，使葉片褪色。他設計了如圖甲的恒溫控制器電路。電路有“加熱“和“恒溫“兩種狀態(tài)。閉合開關(guān)S，溫控開關(guān)在溫度低時閉合、溫度到達一定值時自動斷開，降溫后再閉合，循環(huán)工作，起到調(diào)節(jié)溫度作用。指示燈亮表示進入恒溫狀態(tài)，它的額定電壓為110V，且亮起即正常工作。圖中發(fā)熱元件電阻阻值為48.4歐。（1）將圖乙中提供的電路接入甲圖中“1”“2”“3”接線柱，符合要求的是電路圖。（2）電路在加熱狀態(tài)時的功率是多少？（3）若恒溫控制器中水的質(zhì)量為1kg，由于水自身散熱等因素，恒溫控制器的加熱效率為70%。進入“恒溫”狀態(tài)后，水溫每分鐘下降6℃，要讓水溫維持在70℃～75℃之間，每“加熱”和“恒溫”為一個周期，則此周期多長時間？[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]

[猜押題專練]1．如圖甲所示，電源電壓恒定，R0為定值電阻。將滑動變阻器的滑片從a端滑到b端的過程中，電壓表示數(shù)U與電流表示數(shù)I間的關(guān)系圖象如圖乙所示。求：（1）滑動變阻器R的最大阻值；（2）R0的阻值及電源電壓；（3）當滑片滑到滑動變阻器的中點時，電阻R0消耗的功率。2．如圖甲為汽車轉(zhuǎn)向指示燈電路模型，接通相應指示燈后，該指示燈會亮、暗（微弱發(fā)光）交替閃爍發(fā)光。電路中電源電壓恒為6伏，指示燈的規(guī)格為“6V3W”（電阻不變），定值電阻R0需要接在A處或B處，電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計。（1）當電流通過電磁鐵時，電磁鐵上端為極；定值電阻R0應接在圖甲電路中位置（選填“A”或“B”）；（2）若讓左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指示燈同時工作（即雙跳燈開啟），轉(zhuǎn)向開關(guān)應與觸點接通（選填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5”）；（3）當轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點“2和3”接通時，右轉(zhuǎn)指示燈兩端實際電壓變化如圖乙所示，當指示燈微弱發(fā)光時，其兩端實際電壓為Ux，消耗的實際功率為額定功率的19①Ux的值；②右轉(zhuǎn)指示燈閃爍交替工作45秒消耗的電能；③R0的阻值。3．小明用零花錢給媽媽買了一個電熱足浴盆。圖中甲是該品牌足浴盆的電路圖（局部）表是產(chǎn)品銘牌（最大功率被覆蓋）。電路中的電動機帶有按摩裝置，S1為溫控開關(guān)，當溫度低于某設定值時，開關(guān)自動閉合；當溫度高于某設定值時，開關(guān)自動斷開；小明媽媽某次用足浴盆洗腳時，水的質(zhì)量為3kg，初溫是18℃。足浴盆正常工作，電路中總電流隨時間的關(guān)系如圖乙所示，0﹣6min為加熱階段，使水溫達到預設溫度；閉合S2，6min﹣20min電路中電動機一直工作，電熱絲間歇工作。請回答以下問題：（1）電動機正常工作時，通過的電流是多少。（2）電熱絲工作時的功率是多少。（3）若不考慮熱量散失，則預設溫度是多少。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]指標參數(shù)最大容水量/kg4額定電壓/V220電動機功率/W110最大功率/W4．小寧制作了一個電路“黑箱”，如圖甲所示，外部有a、b、c三個接線柱，內(nèi)部電路由兩個定值電阻連接而成。小寧設計了如圖乙所示的部分電路來研究箱內(nèi)電阻的連接情況，已知電源電壓恒定不變，R是滑動變阻器。小寧進行了如下的實驗操作：①把bc兩個接線柱接到ef之間，閉合開關(guān)，將R的滑片移至最左端時，電壓表示數(shù)為9V，電流表示數(shù)為0.2A。②把ac兩個接線柱接到ef之間，閉合開關(guān)，將R的滑片從最右端移至最左端時，電壓表的示數(shù)變化了6V，電流表的示數(shù)變化了0.4A。③用導線把bc連接起來，再將ab接線柱接入ef之間，閉合開關(guān)，將R的滑片移至最左端時，電流表示數(shù)為0.9A。（1）電源電壓為V。（2）滑動變阻器的最大阻值為Ω。（3）小寧制作的“黑箱”的內(nèi)部電路圖是。（4）分別將ab、bc、ac接到ef之間，閉合開關(guān)，移動R的滑片，黑箱的電功率會隨之變化，求此過程中黑箱的最小電功率與最大電功率之比。5．常用加濕器來調(diào)節(jié)空氣的濕度。下表為某加濕器的部分技術(shù)參數(shù)，其中額定加濕量是指加濕器正常工作1h霧化水的體積；循環(huán)風量是指加濕器正常工作1h通過風扇的空氣體積；加濕效率是指實際加濕量與實際輸入功率的比。額定電壓220V額定輸入功率1000W水箱容量25L額定加濕量15L/h凈重95kg最大加濕效率1.5×10﹣2L/（h﹣W）循環(huán)風量2000m3/h加濕器與地面接觸的總面積6.0×10﹣4m2（1）加滿水放置在水平地面時，加濕器對水平地面的壓強為Pa。（2）在一定條件下測得加濕器輸入功率為800W，則此時加濕器工作1小時消耗電能為J。（3）利用濕敏電阻制成濕度計可實現(xiàn)對環(huán)境濕度的精確測量。如圖甲所示，電源電壓為24V，定值電阻R0的阻值為120Ω，電流表的量程為0﹣100mA，電壓表的量程為0﹣15V，濕敏電阻R的阻值隨濕度（rh）變化的關(guān)系圖線如圖乙所示。則該濕度計能夠測量的濕度范圍是多少？（4）若某溫度下，該環(huán)境中1米3空氣最多可容納水汽質(zhì)量為10克，在加濕器正常工作條件下，試計算分析此時上述濕度計能否達到最大測量值？（不計空氣中原有的水汽）6．許多大橋被損壞的一個重要原因是過往車輛嚴重超載，為了能抓拍超載車輛，小明及其物理興趣小組成員決定為大橋管理者設計一個“汽車超載記錄器”來進行監(jiān)控管理，如圖甲為該超載記錄器原理圖，已知電源電壓U＝10V，線圈電阻R0＝5Ω，保護電阻R1＝10Ω，Rx為壓敏電阻，當車輛駛?cè)氡粰z測路段時，其阻值隨它受到的壓力變化的情況如圖乙所示，當電壓表示數(shù)達到或超過4V時，繼電器的銜鐵被吸下，工作電路中的照相機就開始工作，抓拍超載車輛。試問：（g取10N/kg）（1）在控制電路中，當壓敏電阻Rx受到的壓力增大時，電磁鐵的磁性將（選填“增強”“減弱”或“不變”）。（2）當一輛總質(zhì)量為15t的大貨車過橋時，請通過計算判斷工作電路中的照相機是否工作？（3）若電壓表量程為0﹣5V，該記錄器所能記錄的過橋車輛的最大質(zhì)量是多少？7．為了保障高鐵列車運行的安全，列車上安裝了多個煙霧報警器，一旦有人吸煙，列車上的煙霧報警系統(tǒng)就會報警，列車就會減速運行甚至停車，小明在查閱相關(guān)資料后，設計了一個“煙霧報警器”（如圖）該報警器的“控制電路”由光敏電阻R、電磁鐵（線圈阻值R0＝15Ω）、電源U＝6V、開關(guān)等組成；“工作電路”由工作電源、電鈴、導線等組成。小明的設計思路：當光敏電阻接收到的光照減弱到一定程度時，工作電路接通，電鈴報警。已知該光敏電阻的阻值R與光強E之間的關(guān)系如表所示：（“光強”表示光強弱的程度，符號為E，單位為cd）光強E/cd1.02.03.04.05.06.0光敏電阻/Ω36.018.012.09.07.26.0（1）當有人在動車內(nèi)吸煙時，電磁鐵的磁性如何變化？。（2）閉合開關(guān)S，如果當線中的電流大于等于250mA時，銜鐵才能被吸合，則光照強度至少達到多少cd時電鈴才能報警。（3）按小明的設計，你有什么方法可以提高煙霧報警器的靈敏度（即在更少的煙霧條件下就能報警）？（寫出兩種）8．小明了解到出于安全考慮，電梯都設置超載自動報警系統(tǒng)，其工作原理如圖甲所示。已知電源電壓U＝6V，保護電阻R1，電阻式壓力傳感器（壓敏電阻）R2的阻值隨壓力F大小變化如圖乙所示，出廠預設電梯載重超過1000kg時報警。開關(guān)S閉合后，當電梯沒有超載時，觸點K與觸點A接觸，電動機正常工作；當電梯超載時，觸點K與觸點B接觸，電鈴發(fā)出報警鈴聲，電動機不工作。當控制電路中，電磁鐵線圈電流達到30mA時，銜鐵剛好被吸住，電鈴發(fā)出警報聲。（電梯底架自重和電磁鐵線圈的阻值都忽略不計）（1）在控制電路中，保護電阻R1和壓敏電阻R2的連接方式是（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）。（2）該