1、一、力学综合计算 1.如图是运动员小明自制的上肢力量健身器示意图,杆AB长1.5 m、其中OA=1 m,可绕固定点O在竖直平面 内自由转动,A端用细绳通过滑轮悬挂着底面积为0.15 m2、高为0.1 m的圆柱形配重M,在B端施加竖直向上 的600 N的作用力时,M对水平地面的压强为0,(g取10 N/kg,杠杆重、绳重及摩擦不计)求: (1)配重的密度; (2)小明将配重M匀速提升0.1 m时小明对杠杆做的功;,(3)小明用420 N的力向上推杠杆时,配重M对地面的压强。,答案 (1)2103 kg/m3 (2)30 J (3)600 Pa 解析 (1)设绳子对A端的拉力为FA,小明对B端的作
2、用力为FB,则由杠杆平衡条件得,FAOA=FBOB FA=FB =600 N =300 N 配重M的重力G=FA=300 N 配重的密度= = = =2103 kg/m3 (2)小明对杠杆做的功等于提升配重M所做的功 W=GhA=300 N0.1 m=30 J (3)当小明用420 N的力向上推杠杆时,根据杠杆平衡条件得,FAOA=FBOB 可得FA=210 N 配重M对地面的压力:F=G-FA=300 N-210 N=90 N 配重M对地面的压强:p=F/S= =600 Pa,2.(2019河北唐山路南二模,37)如图所示,一根足够长的轻质杠杆水平支在支架上,OA=20 cm,M是棱长为 1
3、0 cm的正方体,N重20 N。当OB=10 cm时,M对水平面的压强为2103 Pa。求: (1)绳子的拉力; (2)正方体M的密度; (3)现用一水平拉力使N以5 cm/s的速度向右匀速直线运动,若使M对地面的压力恰好为零,需要经过的时 间。(g取10 N/kg),答案 (1)10 N (2)3103 kg/m3 (3)4 s 解析 (1)设绳子的拉力为FA,M、N的重力分别为G1、G2 根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可得,FAOA=G2OB FA= = =10 N (2)由于p= ,则F支=F压=pS=2103 Pa10010-4 m2=20 N M受重力、绳子向上的拉力FA及地面对
4、它的支持力F支 G1=FA+F支=FA+F支=10 N+20 N=30 N m= = =3 kg = = =3103 kg/m3 (3)设N运动到距离O点L处时,M对地面的压力刚好为零,此时绳子上的拉力FA=G1 FAOA=G2L,则L= = =30 cm,N运动的距离s=L-OB=30 cm-10 cm=20 cm N运动的时间t= = =4 s,3.(2019河北保定一模,37)如图所示,是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图,已知井深 10 m,物体重G=4.2103 N,汽车重G车=3104 N,汽车匀速拉绳子时的拉力F=2103 N,汽车受到的阻力为车重 的0.05。请计
5、算: (1)若汽车运动的速度为1.2 m/s,则将物体由井底拉至井口,需要多长时间? (2)滑轮组的机械效率是多少? (3)若汽车发动机的效率为25%,则将物体拉至井口需消耗多少汽油?(汽油的热值为4.2107 J/kg),答案 (1)25 s (2)70% (3)0.01 kg 解析 (1)由图可知,滑轮组中由3段绳子承担物重,则物体上升的速度为:v物= v车= 1.2 m/s=0.4 m/s 物体由井底拉至井口需要的时间:t= = =25 s (2)滑轮组的机械效率为:1= = = = = =70% (3)由题意可得,汽车受到的阻力为:f=0.05G车=0.053104 N=1 500 N
6、 汽车匀速直线运动,受到平衡力作用,在水平方向上,汽车受到向右的牵引力、向左的拉力和向左的阻力作 用,由力的平衡条件可得牵引力:F牵=F+f=2103 N+1 500 N=3 500 N 汽车运动的距离:s=3h=310 m=30 m 牵引力做功为:W牵=F牵s=3 500 N30 m=1.05105 J 需要消耗的汽油完全燃烧放出的热量: Q= = =4.2105 J,消耗汽油的质量:m= = =0.01 kg,4.(2019河北石家庄桥西一模,21)如图所示,某薄壁柱状容器底面积为100 cm2,容器内装有足量的水。把圆 柱体A放入水中,A竖直漂浮且露出水面的高度为4 cm,浸入水中深度为
7、16 cm,容器中液面上升了8 cm(水未 溢出);B是底面积与A相同、高为8 cm的另一圆柱体。已知水=1.0 g/cm3,g取10 N/kg。求: (1)A放入前后水对容器底的压力的变化量; (2)若将圆柱体A竖放在地面上,A对地面的压强; (3)把B放在A的上面,要保证A不触底(水未溢出),则B的最大密度是多少。,答案 (1)8 N (2)1 600 Pa (3)1.5103 kg/m3 解析 (1)由压强公式得 p=水gh=1.0103 kg/m310 N/kg0.08 m=800 Pa 压力的变化量为 F=pS容=800 Pa10010-4 m2=8 N (2)因为A漂浮,所以F浮A
8、=GA,mA=m排 mA=水V排A=1.0103 kg/m310010-4 m2810-2 m=0.8 kg SA= = =510-3 m2 由压强公式得A对地面的压强为 p= = = =1 600 Pa,m排总=水V排总=1.0103 kg/m3510-3 m2(4+16+8)10-2 m=1.4 kg 所以mB=m排总-mA=1.4 kg-0.8 kg=0.6 kg B的密度最大为 B= = =1.5103 kg/m3,(3)当A、B浸没且A不触底时,B的质量最大,则B的密度最大 F浮总=GA+GB,可知:mA+mB=m排总,5.(2018河北石家庄质量检测,37)底面积为100 cm2的
9、圆柱形容器放在电子台秤上,图甲是向装有水的容器缓 慢放入圆柱形金属块的示意图。在放入过程中,金属块以恒定速度v=0.01 m/s下降。图乙是细绳的拉力F随 时间t变化的图像(从t=0时开始到金属块刚好接触容器底部且水未溢出),忽略水的阻力。(g=10 N/kg,水的 密度水=1.0103 kg/m3),(1)求浸没后金属块所受的浮力; (2)求金属块的密度; (3)若金属块浸没后剪断绳子,金属块下沉并最终静止在容器底部,求此时与剪断绳子前容器底对台秤压强 的变化量为多大?此时水对容器底的压强为多大?,答案 (1)5 N (2)2.8103 kg/m3 (3)900 Pa 1.3103 Pa 解
10、析 (1)浸没后金属块所受浮力: F浮=G-F拉=14 N-9 N=5 N (2)由F浮=水gV排可得金属块体积: V=V排=F浮/水g= =510-4 m3 由图线可知金属块的质量为1.4 kg,所以金属块密度为: =m/V= =2.8103 kg/m3 (3)剪断绳子后台秤示数增加9 N,所以容器底对台秤的压强增加量为: p=F/S= =900 Pa,h2=V/S= =0.05 m 此时水深:h=h1+h2=0.08 m+0.05 m=0.13 m 所以,水对容器底的压强: p=水gh=1.0103 kg/m310 N/kg0.13 m=1.3103 Pa,金属块从接触水面到触碰到容器底所
11、用时间t=11 s-3 s=8 s 未放金属块时水深:h1=vt=0.01 m/s8 s=0.08 m 金属块浸没后液面上升的高度:,6.(2018河北唐山路南二模,37)如图甲所示,水平地面上有一底面积为300 cm2、不计质量的薄壁柱形容器, 容器中放有一个用细线与容器底相连的小木块,木块质量为400 g,细线体积忽略不计。若往容器中缓慢地 匀速加水,直至木块完全没入水中,如图乙所示,木块所受的浮力F浮与时间t的关系图像如图丙所示,其中AB 段表示木块离开容器底上升直至细线被拉直的过程。(g取10 N/kg)求: (1)木块浸没在水中时受到的浮力和木块的密度; (2)木块浸没在水中时细线受
12、到的拉力; (3)剪断细线,待木块静止后水对容器底压强的变化量。,答案 (1)10 N 0.4103 kg/m3 (2)6 N (3)200 Pa 解析 (1)木块浸没水中时,根据图像可知F浮=10 N 由F浮=水gV排,得V=V排= = =10-3 m3 木块的密度= = =0.4103 kg/m3 (2)木块的重力G=mg=0.4 kg10 N/kg=4 N 细线受到的拉力F=F浮-G=10 N-4 N=6 N (3)剪断细线后木块漂浮,此时受到的浮力F浮=G=4 N V排= = =410-4 m3 V排=V排-V排=10-3 m3-410-4 m3=610-4 m3 水面下降的高度 h=
13、 = =210-2 m,水对容器底压强的变化量p=水gh=103 kg/m310 N/kg210-2 m=200 Pa,7.(2019河北唐山古冶一模,37)如图所示,棱长为0.2 m、质量为24 kg的实心正方体A,以及棱长为0.1 m、质 量为4.5 kg的实心正方体B分别放置在水平地面上。(g取10 N/kg)求: (1)实心正方体A的密度; (2)实心正方体B对地面的压强; (3)为使A、B对水平地面的压强相等,将正方体A沿水平方向切下厚度为h1的一块后叠放到正方体B上方,或 将正方体A沿竖直方向切下厚度为h2的一块后叠放到正方体B上方,都可以达到目的,求h1与h2的值。,答案 (1)
14、3103 kg/m3 (2)4.5103 Pa (3)0.01 m 0.012 5 m 解析 (1)A=mA/VA=24 kg/(0.2 m)3=3103 kg/m3 (2)FB=GB=mBg=4.5 kg10 N/kg=45 N pB=FB/SB=45 N/(0.1 m)2=4.5103 Pa (3)水平切:(mAg-ASAh1g)/SA=(mBg+ASAh1g)/SB 代入数据解得:h1=0.01 m 竖直切:mAg/SA=(mBg+ASAh2g)/SB 代入数据解得:h2=0.012 5 m,二、电学综合计算 1.(2019江西,21,7分)如图所示,电源电压保持不变,电流表的量程为00
15、.6 A,电压表的量程为015 V,R1= 20 ,滑动变阻器R2的规格为“100 1 A”。 (1)闭合开关S1,断开开关S2、S3,电流表示数为0.4 A,求电源电压; (2)闭合开关S3,断开开关S1、S2,滑动变阻器滑片置于中点位置时,电压表的示数为4 V,求R3的阻值; (3)闭合开关S1、S2和S3,在不损坏电流表、电压表的情况下,求滑动变阻器R2的阻值取值范围。,答案 (1)8 V (2)50 (3)40 100 解析 (1)闭合开关S1,断开开关S2、S3,只有R1连入电路,电路中电流I=0.4 A 电源电压为U=IR1=0.4 A20 =8 V (2)闭合开关S3,断开开关S
16、1、S2,滑动变阻器R2与电阻R3串联,电压表并联在R2两端 R2两端电压U2=4 V,R3两端电压U3=U-U2=4 V 因串联电路电流处处相等,R3=R2中= =50 (3)闭合开关S1、S2和S3,电阻R3被短接,电阻R1与R2并联。根据并联电路电压规律,各支路两端电压均等于电 源电压,U15 V,故电压表安全。为保护电流表安全,I最大=0.6 A I1= = =0.4 A I2最大=I最大-I1=0.6 A-0.4 A=0.2 A R2最小= = =40 ,滑动变阻器R2的阻值取值范围为40100 ,2.(2019河北唐山路北一模,38)如图甲所示的电路中,电源电压为15 V保持不变,
17、滑动变阻器上标有“30 2 A”字样,小灯泡额定电压为6 V,它的U-I图像如图乙所示。 求:(1)小灯泡的额定功率; (2)为保证电路安全,滑动变阻器接入电路的最小阻值;,(3)用一阻值为24 的定值电阻R0替换小灯泡接入电路中,移动滑片使电流表和电压表分别能在某个量程下 满偏,滑动变阻器连入电路的阻值范围。,答案 (1)3.6 W (2)15 (3)16 解析 (1)由图乙可知U额=6 V时,I额=0.6 A P额=U额I额=6 V0.6 A=3.6 W (2)由题意知电路最大电流为0.6 A时,滑动变阻器接入电路的阻值最小 U滑=U-U额=15 V-6 V=9 V 最小阻值:Rmin=
18、= =15 (3)由滑动变阻器的规格可知,电流表满偏只能选择00.6 A的量程, 即I最大=0.6 A R= = =25 R最小=R-R0=25 -24 =1 电源电压为15 V,变阻器两端电压不可能达到15 V, 故电压表量程应为03 V,此时电路中电流最小: U0=U-U最大=15 V-3 V=12 V,I最小= = =0.5 A,R最大= = =6 所以滑动变阻器的阻值变化范围是16 ,3.(2019河北石家庄一模,38)如图甲所示电路,电源电压不变。定值电阻R1=10 ,滑动变阻器R2标有“60 1 A”字样,灯泡上标有“8 V 4 W”字样,灯泡阻值不受温度影响。电流表可选用“00.
19、6 A”或“0 3 A”两种量程,电压表可选用“03 V”或“015 V”量程。 (1)求灯泡正常发光时的电阻。 (2)闭合开关S和S1,调节滑动变阻器的滑片在中点时,灯泡正常发光,求电源电压。 (3)若电源电压可变,电压表只用“015 V”量程。闭合开关S和S2,调节滑动变阻器滑片的过程中,在电路安 全的前提下,电流表的最大和最小示数如图乙所示(两次计数时电流表可能更换了量程)。求电源电压的可 能值以及电路总功率的最小值。,答案 (1)16 (2)23 V (3)见解析 解析 (1)由功率P= 可知,灯泡正常发光时的电阻为R= = =16 (2)闭合开关S和S1,灯泡和滑动变阻器串联,滑片在
20、中点时电阻为30 ,此时灯泡正常发光,电流为I= = =0.5 A,故电源电压为U源=8 V+0.5 A30 =23 V (3)由条件可知,若左表盘电流为1.5 A,会烧坏滑动变阻器,故左表盘电流为0.3 A,右表盘电流为1 A或0.2 A。 当最大电流为1 A、最小电流为0.3 A时: 当电流最小为0.3 A时,滑片不能调到最右端,因为此时变阻器两端电压为U滑=I小R2=0.3 A60 =18 V,会超过 电压表的最大量程,故变阻器两端最大电压为15 V, 此时电源电压U源=I小R1+U滑=0.3 A10 +15 V=18 V, 最小功率为P=U源I小=18 V0.3 A=5.4 W; 当最
21、大电流为0.3 A、最小电流为0.2 A时: 0.3 A不符合电路安全下电路中电流的最大值,故不合理,舍去。,4.(2018河北石家庄联考,38)在如图所示的电路中,电源电压保持不变,灯泡L的规格为“12 V 24 W”(灯丝 的电阻不随温度的变化而变化),定值电阻R1为30 ,滑动变阻器R2的规格为“20 2.5 A”,电流表所选量 程为03 A,电压表所选的量程为015 V。若只闭合开关S2,灯泡消耗的实际功率为其额定功率的 。求: (1)灯泡的额定电流及其电阻。 (2)电源电压。 (3)改变各开关的状态,在保证各电路元件安全的情况下,电路消耗的最大功率和最小功率。,答案 (1)2 A 6
22、 (2)36 V (3)133.2 W 36 W 解析 (1)由P=UI可得,灯泡的额定电流为 I额= = =2 A(1分) 由欧姆定律可得,灯泡的电阻为RL= = =6 (1分) (2)由灯丝电阻不变及P=UI=I2R可得,在只闭合开关S2时,灯泡的实际功率与其额定功率之比为 , 即: = = = ,则I实= = =1 A(1分) 此时,电源电压为U总=U实+UR1=I实(RL+R1)=1 A(6 +30 )=36 V(1分),此时通过定值电阻的电流为I1= = =1.2 A(1分) 电路消耗的最大功率为 P最大=U总I最大=36 V(1.2 A+2.5 A)=133.2 W(1分),(3)
23、只闭合开关S2时,电路的电流最小,则电路消耗的电功率最小 电路消耗的最小功率为:P最小=U总I最小=36 V1 A=36 W(1分) 当S1、S2和S3都闭合时,R1与滑动变阻器并联,且当通过滑动变阻器的电流达到允许的最大值2.5 A时,电路的电功率达到最大,5.(2019河北唐山古冶一模,38)如图所示,电源电压为18 V且保持不变,电阻R1为定值电阻,灯泡标有“6 V 3 W”字样,滑动变阻器R2上标有“30 1 A”字样,电流表量程为“00.6 A”和“03 A”,电压表量程为 “03 V”和“015 V”。 (1)只闭合开关S和S1,调节滑动变阻器的滑片,使灯泡正常发光,求此时电路消耗
24、的总功率。 (2)只闭合开关S和S2,调节滑动变阻器的滑片,当电压表示数为12 V时,电流表的示数为0.4 A,求电阻R1的阻值。,(3)只闭合S和S2,调节滑动变阻器的滑片,发现电流表和电压表偏转角度相同(可能重新选择了电表量程),且 整个电路能够安全工作,讨论并计算此时电流表示数的可能值。,答案 (1)9 W (2)15 (3)见解析 解析 (1)I=I额= = =0.5 A P=UI=18 V0.5 A=9 W (2)U1=U-U2=18 V-12 V=6 V R1= = =15 (3)只闭合S和S2,R1和R2串联。 若电压表选择015 V量程,电流表选择03 A量程,当电压表与电流表
25、偏转角度相同时,R2= =5 ,此时电 路中的电流I=U/(R1+R2)= =0.9 A,这种情况可以。 若电压表选择015 V量程,电流表选择00.6 A量程,当电压表与电流表偏转角度相同时,R2= =25 ,此 时电路中的电流I= = =0.45 A,这种情况可以。,若电压表选择03 V量程,电流表选择00.6 A量程,当电压表与电流表偏转角度相同时,R2= =5 ,此时 电路中的电流I= = =0.9 A,此时的电流超过了电流表的量程,所以不可以。 若电压表选择了03 V量程,电流表选择了03 A量程,当电压表和电流表偏转角度相同时,R2= =1 ,此 时电路中的电流I= = =1.12
26、5 A,此时的电流超过了滑动变阻器的安全电流,所以不可以。,6.(2017四川攀枝花,32,7分)如图甲所示,电源两端电压保持不变,L是标有“6 V 3.6 W”的小灯泡,通过它 的电流和它两端的电压关系如图乙所示,R0为定值电阻。当开关S、S1、S2都闭合,且滑动变阻器的滑片位 于a端时,小灯泡恰好正常发光,此时R0消耗的功率为P1;当S、S1闭合,S2断开,滑动变阻器的滑片滑到中点时, 电流表的示数为0.5 A;当S、S2闭合,S1断开,滑动变阻器的滑片滑到b端时,R0消耗的功率为P2,且P1P2= 94。求:,(1)小灯泡正常发光时的电阻; (2)滑动变阻器的最大阻值; (3)定值电阻R
27、0的阻值。,答案 (1)10 (2)8 (3)16 解析 (1)灯泡正常发光时的电阻为RL= = =10 ;(2)当开关都闭合,滑片位于a端时,变阻器连入电路 的阻值为零,灯泡与R0并联,根据灯泡正常发光,可知电源电压为U=U额=6 V;当S、S1闭合,S2断开,滑动变阻器 的滑片滑到中点时,变阻器与灯泡串联,电路中的电流为0.5 A,由图乙知,此时灯泡两端的电压为UL=4 V,所 以变阻器两端的电压为U滑=6 V-4 V=2 V,由I= 得,滑动变阻器此时连入电路的阻值为R滑= = =4 , 所以滑动变阻器的最大阻值为R=24 =8 ;(3)当S、S2闭合,S1断开,滑动变阻器的滑片滑到b端
28、时,滑动变 阻器连入电路的阻值最大,且与R0串联,所以P2= R0= R0 ,P1= = ,由P1P2= 94并联立可得:R0=16 。,7.(2018河北张家口、邢台一模,38)在如图甲所示的电路中,电源电压为12 V,且保持不变,电阻R0的阻值为 10 ,滑动变阻器R1标有“30 0.5 A”字样。求:,(1)若电流表的示数为0.4 A,求滑动变阻器接入电路的阻值。 (2)用电阻R2替换电阻R0,滑片P由距左端三分之一的位置逐渐向右移动,当恰好使两只电表偏离零刻度的角 度相同时(电流表、电压表的表盘如图乙所示),电路的电功率为3.6 W。求: 定值电阻R2的阻值; 在移动滑片过程中,电路电
29、功率的最大值和最小值。,答案 (1)20 (2)15 5.76 W 3.2 W 解析 (1)电流表的示数为0.4 A,则定值电阻两端的电压为 U0=IR0=0.4 A10 =4 V(1分) 滑动变阻器两端的电压为 U1=U-U0=12 V-4 V=8 V 则滑动变阻器连入电路的电阻为 R1= = =20 (1分) (2)在滑片P移动过程中,滑动变阻器连入电路的最小电阻为 R最小= = =10 当恰好使两只电表偏离零刻度的角度相同时,电路的电功率为3.6 W,则此时电路的电流为I= = = 0.3 A(1分) 确定电压表的量程,方法1:若电压表选择的量程为03 V,此时电压表的示数应为1.5 V
30、,则此时滑动变阻器连入电路的电阻为RP = = =5 10 ,则电压表选择的量程应为015 V的量程,电压表的示数应为7.5 V(1分) 方法2:由题意可得,滑动变阻器连入电路的电阻大于10 ,当电流为0.3 A时,电压表的示数应大于3 V,则电 压表的量程应选015 V的量程,电压表的示数为7.5 V(1分) 滑动变阻器连入电路的电阻为RP= = =25 ,定值电阻R2的电阻为 R2= = =15 (1分) 电压表的量程大于电源电压,则当滑片位于最右端时,电流最小, 其大小为I小= = = A 则电路的最小功率为 P小=UI小=12 V A=3.2 W(1分) 当滑片位于其三分之一处时,电流
31、最大,其电流大小为,I大= = =0.48 A 则电路的最大功率为 P大=UI大=12 V0.48 A=5.76 W(1分),8.(2018河北唐山路北二模,38)如图甲所示电路,电源电压不变,R1、R2为定值电阻,灯泡L上标有“6 V 3 W” 的字样(不考虑灯丝电阻随温度的变化),当闭合S、S2,断开S1时,滑动变阻器滑片由一端移动到另一端,得到 电压表示数与电流表示数变化的图像如图乙所示,若定值电阻R1R2=13。求: (1)滑动变阻器的最大阻值;,(2)电源电压和定值电阻R1的阻值; (3)不改变已选用电表的量程,闭合S、S1,断开S2,在保证电路安全且使电流表示数不小于其小量程一半的
32、条 件下,滑动变阻器的取值范围。,答案 (1)30 (2)10 V 5 (3)316.3 解析 (1)当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,电压表的示数最大,由图乙可知,U大= 6 V,I小=0.2 A 得R= = =30 ; (2)当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时, 电源电压U=I小(R1+R2+R)=I小(R1+3R1+R)=I小(4R1+R)=0.2 A(4R1+30 ),当滑动变阻器接入电路中的电阻为零 时,电路中的电流最大,由图乙可知,电路中的电流I大=0.5 A 则电源电压U=I大(R1+R2)=I大(R1+3R1)=I大4R1=0.5 A4R1 因电源电压不变,
33、所以0.2 A(4R1+30 )=0.5 A4R1 解得R1=5 ,R2=3R1=35 =15 电源电压U=I大(R1+R2)=0.5 A(5 +15 )=10 V;,由P=UI可得,电路中的最大电流 I=IL= = =0.5 A 此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小 此时电路中的总电阻和灯泡的电阻分别为 R总= = =20 ,RL= = =12 则滑动变阻器接入电路中的最小阻值 R小=R总-RL-R1=20 -12 -5 =3 因电流表的示数不小于其小量程一半 所以电路中的最小电流I=0.3 A 此时电路中的总电阻 R总= = 33.3 ,(3)闭合S、S1,断开S2时,R1与L、R串联,则滑
34、动变阻器接入电路中的最大阻值 R大=R总-RL-R1=33.3 -12 -5 =16.3 所以,滑动变阻器的取值范围为316.3 。,9.(2018河北石家庄二十八中模拟,38)在如图所示的电路中,电源电压为15 V且不变,灯泡L标有“12 V 6 W”,滑动变阻器R2上标有“20 2 A”字样,闭合开关S后,电流表的示数为0.4 A,电压表的示数为6 V。 求: (1)灯泡L正常发光时的电阻; (2)此时灯泡消耗的实际功率; (3)现有阻值为15 和24 的两个电阻,请从中选择一个作为R1替换掉灯泡L,要求:在移动变阻器的滑片P的 过程中,使电流表和电压表的示数分别能达到某个量程的最大值,且
35、电路能正常工作,请通过计算说明:应 选择哪个阻值的电阻;满足上述要求时,变阻器R2连入电路的阻值范围。,答案 (1)24 (2)3.6 W (3)见解析 解析 (1)由P= 可得灯泡L正常发光时的电阻: RL= = =24 (2)由图可知,灯泡与R2串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,电流表测量电路中的电流 由串联电路的电压规律可得,灯泡L两端的电压 U1=U-U2=15 V-6 V=9 V 灯泡消耗的实际功率P1=U1I=9 V0.4 A=3.6 W (3)题中要求电压表能达到最大值,若选015 V量程,因电压表并联在R2两端,总电压为15 V,则无论选择哪 一电阻都不能使电压值达到15
36、V,故电压表量程只能取03 V 电流表也要能达到最大电流,若接15 电阻时,电路中的最大电流I1最大= = =1 A 若接24 ,电路中的电流,I1最大= = =0.625 A 即电路中能达到的最大值只能为0.6 A,故电流表量程只能选00.6 A 若取15 电阻代替R1,则达到最大电流时,电路中的总电阻R总= = =25 则滑动变阻器接入电路的电阻R=25 -15 =10 则滑动变阻器两端的电压值 U2=I最大R=0.6 A10 =6 V3 V,故超过了3 V的最大电压,故只能选24 的电阻来代替灯泡。 当电流表的最大电流为I最大=0.6 A时,则由欧姆定律可得 电路中的最小电阻R最小= = =25 则滑动变阻器接入电路的阻值为R2=25 -24 =1 电压表最大电压为U最大=3 V,则此时电阻两端电压为U1最小=U-U最大=15 V-3 V=12 V 则此时电路中电流I2= = =0.5 A,滑动变阻器接入电路的阻值R2= = =6 故滑动变阻器接入电路的阻值范围为16 ,
