2020年中考科学压轴专题16 电功与电路计算(学生版)

专题16 电功与电路计算【考点1】欧姆定律计算【例1-1】随着社会的发展和科技的进步,电路元件在各行得到广泛的应用,其中温奶器就是利用热敏电阻阻值会随温度的改变而改变的原理制作的。

图甲是温奶器的工作电路图,电路中电流表的量程为0~0.02A ,滑动变阻器R的铭牌上标有“150Ω 0.3A"字样,R1为热敏电阻,其阻值随温度变化关系如图乙所示,电源电压保持不变。

请完成下列小题：（1）将此电路放入温度为20℃的环境中,闭合开关S ,调节滑片P ,使滑动变阻器接入电路的电阻R=100欧,此时电流表的读数为0.01安,求电源电压。

（2）若环境温度为40℃时,要保证整个电路元件的安全,求滑动变阻器接入电路中的电阻的变化范围。

（3）求此电路能测量的最高环境温度。

【变式1-1】图甲是某班科技小组设计的风力测定装置示意图,图乙是其电路图。

电阻R‘随风力变化关系如图丙所示。

已知电源电压恒为9V ,定值电阻R0=2Ω ,电压表量程为0～3V。

使用该装置测定风力,则（1）电阻R ‘的阻值随风力的增大怎样变化？（2）求无风时电压表的示数。

（3）如果保持电压表量程不变 ,且只能在电路中增加一个电阻R ,使该装置能测量的最大风力增加到900N ,计算电阻R 的阻值 ,并说明其连接方式。

【变式1-2】磁场的强弱可用磁感应强度(B)表示 ,单位为特(T)。

某些材料的电阻值随磁场增强而增大的现象称为磁阻效应 ,用这些材料制成的电阻称为磁敏电阻 ,利用磁敏电阻可以测量磁感应强度。

某磁敏电阻R B 在室温下的阻值与外加磁场B 大小间的对应关系如下页表所示。

把R B 接入如图所示电路(电源电压恒为9V ,滑动变阻器R′上标有“100 Ω 1A”字样) ,并在室温下进行实验。

（1）当外加磁场增强时 ,电路中的电流________(填“变大”、“变小”或“不变”)；为了使电压表的示数保持不变 ,滑动变阻器R′的滑片P 应向________(填“a”或“b”)端移动；（2）R B 所在处无外加磁场时 ,R B ＝150Ω；此时闭合开关 ,滑片P 在a 端和b 端之间移动时 ,电压表示数的变化范围是多少?（3）当电路置于某磁场处 ,滑动变阻器R′滑片P 位于b 端时 ,电压表的示数为6V ,则该处磁场的磁感应强度为________T 。

【例1-2】.如图所示 ,电源电压恒定 ,小灯泡上标有“2V 0.5A”的字样（2V 为小灯泡正常发光时它的两端电压 ,超此电压 ,小灯泡将绕坏；0.5A 是小灯泡正常发光时的电流） ,滑动变阻器R2的最大阻值为50Ω ,电流表量程0﹣3A ,求：（1）小灯泡正常发光时的电阻；（2）断开开关S1, 闭合开关S、S2、S3, 将滑片P移到距a端的长度总长为ab的五分之二位置时,小灯泡L恰好正常发光,电源电压是多少？（3）断开开关S2, 闭合开关S、S1、S3, 将滑片P移到a端时,电流表示数为2A ,此时电压表示数是多少？定值电阻R1的阻值是多少？（4）假设各元件完好,若断开开关S1、S3, 闭合开关S、S2, 为不损坏元件,滑动变阻器接入电路的阻值范围是多少？【变式1-3】.如图,电流表的量程是0～0.6A、电压表的量程是0～15V , R1的电阻是20Ω ,电源电压18V ,变阻器R3的阻值范围是0～200Ω ,灯泡电阻不变。

（1）只闭合开关S3时,电流表示数为0.3A ,则R2的电阻为多大？（2）只闭合S1、S3和S4时,在不损坏电流表的情况下,滑动变阻器接入的阻值不得小于多少？（3）若只闭合S2、S4, 在不损坏电,表的情况下,滑动变阻器接入阻值的变化范围。

【考点2】电磁继电器计算【例2-1】如图甲是小明制作的防盗报警装置示意图,其中工作电路电源电压U1＝6伏,指示灯L的额定电压U L＝2.5伏,定值电阻R0＝350欧；控制电路电源电压U2＝1.5伏,磁敏电阻R x的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示,当窗户分别处在轨道A、B、C处时,磁敏电阻R x所处位置的磁场强度分别为a、b、c。

闭合开关S1和S2后,当窗户关闭时,指示灯亮,蜂鸣器不工作；当窗户打开一定程度时,指示灯熄灭,蜂鸣器发出警报声。

（1）将窗户移到A点时,窗户关闭。

闭合开关S1, 指示灯L正常发光,求此时指示灯L的电流。

(写出计算过程)（2）已知电磁铁线圈中的电流达到3毫安时,电磁铁的衔铁刚好被吸下,指示灯L熄灭,蜂鸣器开始报警。

现移动滑动变阻器R P的滑片,使其接入电路的阻值为其最大阻值的2/3 ,当窗户移至轨道B点位置时,蜂鸣器恰好开始报警。

若要求窗户移至轨道C点位置时才开始报警,此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现？请通过计算加以说明。

(写出计算过程,电磁铁线圈电阻忽略不计)【变式2-1】图甲为热敏电阻R和继电器组成的恒温箱的简单温控电路。

继电器线圈的电阻为150欧。

当线圈中电流大于或等于28毫安时,继电器的衔铁被吸合。

为继电器线圈供电的电池的电压为6伏,图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。

（1）从图甲中可得50℃时热敏电阻的阻值为________欧。

（2）恒温箱的加热器应接在A、B端还是C、D端？（3）若恒温箱内的温度达到100℃时,通过计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态？（4）若在原控制电路中,串联接入一个可变电阻,当该电阻增大时,所控制的恒温箱内的最高温度将________（选填“变大”、“不变”或“变小”）。

【变式2-2】.如图所示为某兴趣小组的同学为学校办公楼空调设计的自动控制装置,R是热敏电阻,其阻值随温度变化关系如下表所示已知继电器的线圈电阻R0为10欧,左边电源电压U1为6伏恒定不变。

当继电器线圈中的电流大于或等于15毫安时,继电器的衔铁被吸合,右边的空调电路开始工作。

（1）请说明该自动控制装置的工作原理。

（2）计算该空调的启动温度（3）为了节省电能,将空调启动温度设定为30℃ ,控制电路中需要再串联多大的电阻？（4）改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度,除此之外,请你再提出一个方便可行的调节方案。

【考点3】电热计算【例3-1】图甲是内胆为铝质材料的电饭锅,内部电路如图乙所示,R1是加热电阻,阻值为48.4Ω；R2是限流电阻,阻值为484Ω。

煮饭时,接通电源（220V50Hz）,闭合手动开关S1, 电饭锅处在加热状态。

当锅内食物温度达到103℃时,开关S1会自动断开,断开后若无外力作用则不会自动闭合,S2是一个自动温控开关,当锅内食物温度达到80℃时会自动断开,温度低于70℃时会自动闭合。

已知C水=4.2×103J/(kg·℃)；查表可知铝的熔点为660℃。

请解答下列问题：（1）如果接通电源后没有放入食物就闭合开关S1, 电饭锅的内胆是否会熔化？为什么？（2）在保温和加热两种情况下,电饭锅消耗的电功率之比是多少？（3）若在一个标准大气压下将温度为20℃ ,质量为2.5kg的水烧开需要16分40秒,求电饭锅正常工作时电能转化为内能的效率是多少？【变式3-1】电热桌垫在冬天很受欢迎（如图甲）。

某校综合实践活动小组的同学探究了它的原理,查看说明书后发现：该电热桌垫由8伏电源供电,发热部分由R1和R2组成,调温档有关、低温、高温三档,已知两图中R1均为6欧,R2均为2欧。

（1）按如图乙的电路,当S1闭合、S2断开时电热桌垫处于________档（选填“关”、“低温”或“高温”）。

（2）图乙中该电热桌垫消耗的最大功率是多少瓦？（3）若该电热桌垫实际电路如图丙,现电热桌垫处于高温档,开关S1________ ,S2________（选填“断开”或“闭合”）。

（4）图丙中当电热桌垫处于低温档时,求10分钟内产生的热量是多少焦？（不考虑温度的变化对电阻的影响）【例3-2】如图甲所示的电路,电源电压保持不变．小灯泡L标有“4V ,1.6W”字样,滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω ,定值电阻R2＝20Ω ,电流表的量程为0～0.6A ,电压表的量程为0～3V．请画出该题的各个等效电路图．求：（1）小灯泡正工作时的电阻是多少？（2）只闭合开关S、S2和S3, 移动滑动变阻器R1的滑片P使电流表示数为0.5A时,R2消耗的电功率为1.25W．此时滑动变阻器R1接入电路中的阻值是多少？（3）只闭合开关S和S1, 移动滑动变阻器R1的滑片P ,小灯泡L的I-U图象如图乙所示,在保证各元件安全工作的情况下,滑动变阻器R1允许的取值范围是多少？【变式3-2】如图所示,灯L标有“6V3W”字样,电源电压恒为6V ,定值电阻R=6Ω ,设灯L的阻值不随温度变化而变化．求（1）灯L正常发光时的电阻是多少？（2）只闭合S1、S3时,电阻R在60s内产生的热量是多少？（3）要使整个电路消耗的电功率最小（且电路电流不为0）,各开关的合闭情况应如何？此时的最小电功率为多少？【考点4】电动机计算【例4-1】用12V的电源为微型电动机供电的电路如图(甲)所示。

当把滑片移到最左端时,闭合开关S ,电动机开始转动,电流I随时间t变化的图象如图(乙)所示。

当电流稳定时,电动机正常工作。

已知电动机转动时欧姆定律不适用,并忽略温度对电阻的影响,试解答下列问题。

（1）电动机是利用________原理制成的。

（2）当电动机正常工作时 ,电动机消耗的电功率。

（3）求电动机正常工作时的机械效率。

【变式4-1】2019年4月15日起 ,我国正式实施电动自行车新国家标准 ,小黄买了一辆按新国标生产的电动自行车 ,右图是该车的简化电路图 ,调速电阻最大阻值为10欧 ,部分参数如下表所示。

求：（1）该电动车充满电后蓄电池储存的电能。

（2）不考虑能量损失 ,充满电后该电动车以最大功率、最大速度匀速行驶 ,可行驶的路程。

（3）当调速电阻的滑片P 滑到最右端时车速最小 ,电流表示数为1A ,此时电动机的电功率。

【变式4-2】.如图所示是一直流电动机提升重物的装置.已知重物质量m=50kg ,电源电压U=110V 保持不变 ,电动机线圈的电阻R=4Ω ,不计各处摩擦 ,当电动机以某一速度匀速向上提升重物时 ,电路中的电流I=5A(g=10N/kg ）。

求：（1）电动机线圈电阻R 的发热功率；（2）电动机的输出功率；（3）重物上升的速度大小。

1.为锻炼身体,小明利用物理知识设计了一个电子拉力计,图甲是原理图。

硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计）。

定值电阻R0＝5Ω ,a、b是一根长为5cm的均匀电阻丝,电阻R1最大阻值为25Ω ,电源电压U＝3V ,电流表的量程为0～0.6A。

则：（1）小明在电路中连入R0的目的是________。

（2）当拉环不受拉力时,滑片P处于a端,求此时闭合开关后电流表的示数。