拓展課Ⅳ動態(tài)電路中電功率變化問題（解析版）

拓展課Ⅳ動態(tài)電路中電功率變化問題【知識掌握】1.知識儲備串聯(lián)并聯(lián)電流II=I1=I2=…I=I1+I2+…電壓UU=U1+U2+…U=U1=U2=…電阻R多個R=R1+R2+…R=1/R1+1/R2+…兩個R=R1+R2R=（R1*R2)/（R1+R2）等值R=nRR=R/n比例R1/R2=U1/U2=W1/W2=P1/P2=Q1/Q2R2/R1=I1/I2=W1/W2=P1/P2=Q1/Q2總結(jié)等流分壓阻大壓大成正比等壓分流阻大流小成反比歐姆定律：I=U/R推導(dǎo)式：R=U/IU=IR2.整體思路：利用去表法分析電路連接方式：把電流表看做導(dǎo)線，把電壓表去掉不看。利用串聯(lián)法分析電流表測量對象，去源法分析電壓表測量對象。明確電路中電阻變化的情況。（先開關(guān)后滑動變阻器，先串后并）運用歐姆定律及串并聯(lián)規(guī)律分析各個物理量變化。3.局部分析：R總=R滑R總=R滑+R定滑動變阻器移動R滑阻值改變I總I總=U總/R總U定=I定R定P定=I2定R定PP定=I2定R定P總=U總I總UU滑=U總-U定定值電阻兩端的電壓（電功率）改變滑動變阻器的電壓改變（電功率不確定）類型二：滑動變阻器引起的并聯(lián)電路動態(tài)分析：滑動變阻器移動R滑阻值改變II支=U總/R支本支路電阻改變電路中電流（總電功率）改變【鞏固提高】一．選擇題（共10小題）1．如圖甲所示的電路中，電源電壓保持不變，定值電阻R0的阻值是10Ω。閉合開關(guān)后，當(dāng)滑動變阻器的滑片P從一端移至另一端過程中，R1消耗的電功率隨電阻變化關(guān)系如圖乙所示，根據(jù)圖象信息，下列判斷正確的是（）A．電路中最小電流0.4A B．滑片P在中點時R1消耗的電功率是0.8W C．電源電壓12V D．整個電路消耗的最大電功率10W【解答】解：（1）由圖甲可知：R0、R1串聯(lián)，當(dāng)滑動變阻器R1的滑片P在最右端時，接入電路的電阻最大，此時電路中的電流最小，由圖象可知，R1的電阻最大為40Ω時，R1的功率為Pa＝1.6W；由P＝I2R可得電路中的最小電流：I最小=PaR最大電源電壓為：U＝I最?。≧最大+R0）＝0.2A×（40Ω+10Ω）＝10V，故C錯誤；滑片P在中點時電路的電流為：I中=URR1消耗的電功率是：P1=I中2R1=(13A)（2）當(dāng)滑動變阻器的電阻最小時，電路的電流最大，整個電路的電流最大，整個電路消耗的最大電功率為：P大=U2R0故選：D。2．如圖所示，電源電壓恒為4.5V，電流表的量程為“0～0.6A”，電壓表的量程為“0～3V”燈泡L標(biāo)有“”字樣（燈絲電阻不變），滑動變阻器R的規(guī)格為“20Ω1A”．閉合開關(guān)，在保證電路安全的情況下，移動滑片P的過程中，下列正確的是（）A．電流表的示數(shù)最大為0.6A B．滑動變阻器接入電路的最小電阻為4Ω C．燈泡消耗的最小電功率為0.12W D．電路消耗的最大功率為2.7W【解答】解：（1）燈泡L正常工作時的電流：I額=P額在保證電路安全的情況下，電流表的示數(shù)最大為0.5A，故A錯誤；（2）當(dāng)電路中的電流為I額＝0.5A時，滑動變阻器接入電路的電阻最小，最小電阻為：RP最小=U-U額I額（3）因為燈絲電阻不變，所以，RL=U額I當(dāng)滑動變阻器的電阻最大時，電流中的電流最小，此時燈泡消耗的電功率為最小，PL最?。絀2最小RL=(URL+（4）當(dāng)電路中的電流為I額＝0.5A時，電路消耗的功率為最大，最大的功率為：P最大＝UI額＝4.5V×0.5A＝2.25W，故D錯誤。故選：B。3．如圖甲所示的電路，R0為定值電阻，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，記錄電壓表、電流表的示數(shù)，作出U﹣I關(guān)系圖象如圖乙①所示。已知某小燈泡的U﹣I圖象如圖乙②所示，現(xiàn)用該小燈泡替換圖甲中的滑動變阻器，電路其他元件不變。則此時小燈泡的實際功率為（）A．0.1W B．0.2W C．0.3W D．0.75W【解答】解：由圖甲可知，定值電阻R0與滑動變阻器R串聯(lián)，電壓表測量滑動變阻器R兩端的電壓，電流表測量電路中的電流；當(dāng)滑動變阻器滑片移到最左端時，滑動變阻器被短路，電壓表示數(shù)為0，由圖乙可知，此時電路中的電流I＝0.3A，根據(jù)歐姆定律可得，電源電壓U＝IR0＝0.3A×R0——————①由圖乙可知，當(dāng)電流表示數(shù)為I1＝0.2A時，電壓表示數(shù)為UR＝1V，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的電壓特點可得，電源電壓U＝UR+I1R0＝1V+0.2A×R0——————②聯(lián)立①②兩式可得，電源電壓U＝3V，定值電阻R0＝10Ω；用小燈泡替換圖甲中的滑動變阻器，電路其他元件不變，則小燈泡與定值電阻R0串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特點結(jié)合圖乙可知，當(dāng)電路中的電流I′＝0.2A，小燈泡兩端電壓為UL＝1V時，電源電壓U＝UL+I′R0＝1V+0.2A×10Ω＝3V，滿足要求；此時小燈泡的實際功率PL＝ULI′＝1V×0.2A＝0.2W。故選：B。4．如圖所示，電源電壓保持12V不變，小燈泡L上標(biāo)有“6V3W”字樣，滑動變阻器最大阻值R＝60Ω．不考慮溫度對燈絲電阻的影響，下列說法正確的是（）A．開關(guān)S斷開時，電壓表沒有示數(shù) B．燈泡L正常發(fā)光時，滑動變阻器消耗的電功率為6W C．開關(guān)S閉合后，燈泡L的最小電功率約為0.48W D．開關(guān)S閉合后移動滑片P，當(dāng)電壓表的示數(shù)減少1V時，滑動變阻器兩端的電壓就增加1V【解答】解：由電路圖可知，開關(guān)S閉合時，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓；（1）S斷開時，電壓表通過變阻器與電源連通，電壓表測電源的電壓，所以此時電壓表的示數(shù)為12V，故A錯誤；（2）燈泡正常發(fā)光時的電壓為6V，功率為3W；因為串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以此時滑動變阻器兩端的電壓：UR＝U﹣UL＝12V﹣6V＝6V；因為串聯(lián)電路中各處的電流相等，根據(jù)P＝UI可知，此時滑動變阻器消耗的電功率和燈泡消耗的電功率相等，即為3W，故B錯誤；（3）燈泡的電阻：RL=UL2當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻最大時，燈泡消耗的電功率最小，因為串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，當(dāng)變阻器的最大電阻連入電路時，電路的總電阻最大，根據(jù)歐姆定律可知，此時電路中的最小電流：I=UR+燈泡的最小電功率：PL＝I2RL＝（16A）2×12Ω≈0.33W，故C（4）S閉合時，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端的電壓，因此電壓表示數(shù)減小1V，燈泡L兩端的電壓就減小1V，由串聯(lián)電路的電壓特點可知，滑動變阻器兩端的電壓也就增大1V，故D正確。故選：D。5．如圖甲為一個超聲波加濕器，如圖乙為其內(nèi)部濕度監(jiān)測裝置的簡化電路圖，已知電源電壓為12V，定值電阻R0的阻值為30Ω，電流表的量程為0～200mA，電壓表的量程為0～9V。濕敏電阻R的阻值隨濕度RH變化的關(guān)系圖像如圖丙所示，其阻值最大為120Ω（圖中未畫出）。則在電路安全工作的前提下，計算可得出（）A．R的電流最小值為80mA B．裝置能監(jiān)測濕度最大值為70% C．電路的最大功率為2.4W D．R0的電功率最小值為0.5W【解答】解：由圖可知，定值電阻R0與濕敏電阻R串聯(lián)，電壓表測量濕敏電阻R兩端的電壓，電流表測量電路中的電流；A、若濕敏電阻R的阻值最大為120Ω，此時電路中的電流最小，則此時最大總電阻：R總＝R0+R最大＝30Ω+120Ω＝150Ω，所以最小電流為I最小'=UR總=此時濕敏電阻R兩端的電壓：UR＝I最小'R最大＝0.08A×120Ω＝9.6V＞9V，由于電壓表量程為0～9V，則電流為80mA時濕敏電阻R兩端的電壓會超過電壓表的量程，所以電路中的最小電流不能為80mA，故A錯誤；B、當(dāng)濕敏電阻R兩端的電壓最大為9V，由串聯(lián)電路的電壓特點可知，定值電阻R0兩端的電壓：U0最?。経﹣UR最大＝12V﹣9V＝3V，則電路中的最小電流：I最小=U0根據(jù)歐姆定律可知，R的最大電阻為：R最大=UR最大由圖象可知，當(dāng)濕敏電阻的阻值為90Ω時，此裝置能監(jiān)測的濕度最大值為80%．故B錯誤；C、由于電流表的量程為0～200mA，則電路中的最大電流I最大＝200mA＝0.2A，所以電路消耗的總功率最大值為P最大＝UI最大＝12V×0.2A＝2.4W，故C正確；D、由B可知，電路中的最小電流為0.1A，因此R0的最小電功率：P0最?。絀最小2R0＝（0.1A）2×30Ω＝0.3W，故D錯誤。故選：C。6．如圖所示電路中，電源電壓恒為12V，電流表量程為0～3A，滑動變阻器標(biāo)有“12Ω1.5A”字樣，燈泡L1標(biāo)有“12V1W”字樣，燈泡L2標(biāo)有“12V6W”字樣（兩燈絲電阻不變）。在保證電路及元件安全的情況下，下列說法不正確的是（）A．閉合S1、S2，斷開S3時，通過L2的電流為0.5A B．只閉合S3，變阻器的滑片滑到最右端時，L1不能正常發(fā)光 C．閉合S1、S2和S3時，電流表的最小示數(shù)為1.5A D．整個電路消耗的最大功率為30W【解答】解：A、閉合S1、S2，斷開S3時，由圖可知，L1短路，R斷路，只有L2工作，由題可知，L2兩端電壓等于其額定電壓U額＝12V，通過L2的電流I2=P額2UB、只閉合S3，由圖可知，變阻器的滑片滑到最右端時R接入電路的電阻最大，L1與R串聯(lián)，電源電壓U＝U1+UR，即U1＜U額，故L1不可能正常工作，故B正確；C、閉合S1、S2和S3時，由圖可知，L2與R并聯(lián)，電流表測干路電流，當(dāng)滑片P處于最右端時，其接入電路中的電阻最大為R＝12Ω，此時電流表示數(shù)I最小，I＝I2+IR＝I2=P額2UD、三個開關(guān)都閉合時，燈泡L2與滑動變阻器并聯(lián)，當(dāng)滑動變阻器允許通過的電流最大時，電路消耗的電功率最大，因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，且I2＝0.5A，I滑＝1.5A，所以，電路中的最大電流：I最大＝I2+I滑＝0.5A+1.5A＝2A，電路消耗的最大電功率：P最大＝UI最大＝12V×2A＝24W，故D錯誤。故選：D。7．如圖所示，電源電壓為6V保持不變，R1＝3Ω，R2＝18Ω，燈泡L標(biāo)有“6V3W”字樣，假定燈絲電阻不變。下列說法中正確的是（）A．燈泡L正常工作時的電阻為20Ω B．當(dāng)只閉合開關(guān)S1時，電阻R1消耗的功率為1.2W C．如果開關(guān)S1、S2和S3同時閉合，燈泡L短路不工作 D．此電路消耗的最大電功率與最小電功率之比為25：12【解答】解：A、燈泡L標(biāo)有“6V3W”字樣，根據(jù)P=U2R可得燈泡的電阻為：RL=U額B、只閉合S1，燈泡和R1串聯(lián)接入電路，則總電阻R串＝RL+R1＝12Ω+3Ω＝15Ω，電流為：I=UR串=6V15Ω=0.4A，則R1消耗的功率：P1＝I2R1＝（0.4A）2×C、如果開關(guān)S1、S2、S3同時閉合，R1短路，燈泡和R2并聯(lián)接入電路，燈泡L正常工作，故C錯誤；D、如果開關(guān)S2、S3同時閉合，燈泡和R2并聯(lián)接入電路，只閉合S1，燈泡和R1串聯(lián)接入電路，由于串并聯(lián)電路電阻的特點和P=U2R可知：燈泡和R2并聯(lián)時電路消耗的電功率最大，燈泡和則：P最大＝PL+P2=UL2RL+U所以，P最大：P最?。?W：2.4W＝25：12，故D正確。故選：D。8．如圖所示電路，電源電壓為12V且保持不變。閉合開關(guān)S，當(dāng)滑片P置于變阻器的中點時，電壓表的示數(shù)為4V；當(dāng)滑片P置于變阻器的b端時，電壓表的示數(shù)變化了2V，在10s內(nèi)定值電阻R1產(chǎn)生的熱量為60J。則下列結(jié)果正確的是（）A．如果滑片P從a滑到b的過程中，電路中的最大電流為1.5A B．滑片P在中點時，滑動變阻器R消耗的電功率為6W C．R先后兩次消耗的電功率之比為8：9 D．R1先后兩次消耗的電功率之比為4：3【解答】解：根據(jù)電路圖可知，定值電阻R1與滑動變阻器R串聯(lián)，電壓表測R兩端電壓，電流表測電路中電流；根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理知，滑片從中點到b端時，R連入阻值增大，它分得電壓增大，即電壓表示數(shù)增大了2V，此時電壓表示數(shù)為4V+2V＝6V；所以U1＝U﹣UR＝12V﹣6V＝6V，由Q＝W=U2Rt可得：R1=U12QA、當(dāng)滑片在a點時，只有R1工作，電路中電阻最小，電流最大，電路中的最大電流：I最大＝I1=U1R1B、滑片在中點時，電路中的電流：I＝I1′=U-U滑動變阻器R消耗的電功率：PR＝URI＝4V×43A=163C、由P＝UI可得，R先后兩次消耗的電功率之比：PR'PD、由P＝UI可得，R1先后兩次消耗的電功率之比：P1'P故選：C。9．如圖甲所示的電路中，電源電壓保持不變，閉合開關(guān)S后，滑片P從b端移動到a端的過程中，電壓表示數(shù)U與電流表示數(shù)I的關(guān)系圖象如圖乙所示，下列判斷正確的是（）A．R1的阻值為5Ω B．電源電壓為4V C．該過程中電壓表與電流表的示數(shù)之比不變 D．R1電功率的最小值為0.4W【解答】解：由圖甲可知，兩電阻串聯(lián)，電壓表測R2兩端的電壓，電流表測電路中的電流。（1）當(dāng)滑片于a端時，其接入電路電阻為0，電路中的電流最大，由圖乙可知I1＝0.6A，由I=UR可得，電源的電壓：U＝I1R1＝0.6A×R1當(dāng)滑片于b端時，變阻器接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，由圖乙可知，I2＝0.2A，U2＝4V，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以電源的電壓：U＝I2R1+U2＝0.2A×R1+4V…②因電源的電壓不變，由①②可得：0.6A×R1＝0.2A×R1+4V，解得：R1＝10Ω，故A錯誤；電源的電壓：U＝0.6A×R1＝0.6A×10Ω＝6V，故B錯誤；（2）由R=UI可知，電壓表與電流表的示數(shù)之比等于R當(dāng)滑片從b端移動到a端的過程中，變阻器接入電路中的電阻變小，則電壓表與電流表的示數(shù)之比變小，故C錯誤；（3）由P＝I2R可知，電路中的電流最小時，R1消耗的電功率最小，由圖乙可知，電路中的最小電流為0.2A，因此R1消耗的最小功率：P1＝I22R1＝（0.2A）2×10Ω＝0.4W，故D正確。故選：D。10．如圖甲所示的電路中，R1為定值電阻，滑動變阻器R2的最大阻值為60Ω，電源電壓保持不變。滑動變阻器R2的滑片從一端滑到另一端的過程中，測得R1的電功率與通過它的電流的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．R2的滑片向左滑動時，電流表和電壓表的示數(shù)都變大 B．R1的阻值為40Ω C．當(dāng)R2的電阻為30Ω時，滑動變阻器的電功率最大 D．電流為0.6A時，1min內(nèi)電流通過R1產(chǎn)生的熱量是10.8J【解答】解：由圖甲可知，兩電阻串聯(lián)，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓，電流表測電路中的電流。A、R2的滑片向左滑動時，滑動變阻器接入電路中的電阻變小，電路中的總電阻變小，根據(jù)歐姆定律可知斷電路中的電流變大，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓分配特點可知電壓表示數(shù)變??；故A錯誤；B、當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻為0時電路中的電流最大，當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻最大時電路中的電流最小，由圖象可知最大和最小電流分別為I最?。?.2A；I最大＝0.6A，由I=UU＝I最?。≧1+R2）＝0.2A×（R1+60Ω）﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①；U＝I最大R1＝0.6A×R1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②，解①②得：R1＝30Ω；U＝18V，故B錯誤；C、滑動變阻器R2消耗的功率為：P2＝I2R2=(UR1+R2)2R2=U2R12+2RD、R1產(chǎn)生的熱量Q1＝I最大2R1t＝（0.6A）2×30Ω×60s＝648J，故D錯誤。故選：C。二．計算題（共2小題）11．某功率可調(diào)的電加熱設(shè)備，內(nèi)部簡化電路如圖所示，虛線框內(nèi)的加熱電路由兩個加熱電阻組成，定值電阻R0阻值為22Ω，滑動變阻器R′最大阻值為1000Ω。滑動變阻器的滑片調(diào)至某一位置時，將2kg初溫為20℃的水加熱至70℃，此過程加熱效率為84%，【c水＝4.2×103J/（kg?℃）】求：（1）該加熱設(shè)備的最大電功率；（2）本次加熱過程消耗的電能；（3）該加熱設(shè)備電功率為550W時，R′接入電路的電阻?！窘獯稹拷猓海?）閉合開關(guān)，兩電阻串聯(lián)接入電路，當(dāng)滑片在最左端時，滑動變阻器接入電路的阻值為0，根據(jù)P=U最大電功率為：P=U2（2）水吸收的熱量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg?℃）×2kg×（70℃﹣20℃）＝4.2×105J，本次加熱過程消耗的電能：W=Q吸η=4.2×10（3）此時通過電路的電流：I=PU此時電路的總電阻：R=UI=串聯(lián)電路總電阻等于各部分電阻之和，此時滑動變阻器接入電路的電阻：R′＝R﹣R0＝88Ω﹣22Ω＝66Ω。答：（1）該加熱設(shè)備的最大電功率為2200W；（2）本次加熱過程消耗的電能為5×105J；（3