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        動態(tài)電路與圖象結(jié)合題剖析

        2021-03-18 03:08:41劉麗
        關(guān)鍵詞:滑片熱敏電阻電路圖

        劉麗

        一、原題呈現(xiàn)

        例(2020·遼寧中考卷·第9題)如圖1甲所示,小燈泡的額定電壓為6 V。R2的滑片P2移至最左端,閉合開關(guān)S,先將R1的滑片P1由最右端移至最左端,圖1乙是這一過程中電流表與電壓表示數(shù)的關(guān)系圖象。然后保持滑片P1位置不動,將滑片P2向右移動,直至小燈泡正常發(fā)光,圖1丙是這一過程中電壓表示數(shù)與R2連入阻值的關(guān)系圖象。下列判斷正確的是( )。

        A. 小燈泡正常發(fā)光時(shí),R2兩端電壓為7 V

        B. 圖丙中M點(diǎn)對應(yīng)的阻值為2 Ω

        C. 整個(gè)過程中小燈泡消耗的最小功率為0.9 W

        D. 整個(gè)過程中電路在10 s內(nèi)能夠消耗的最大電能為60 J

        考點(diǎn)分析:本題考查了對電路的識別、動態(tài)電路的判斷、在圖象中提取信息、串聯(lián)電路電流和電壓的關(guān)系、歐姆定律、電功、電功率的計(jì)算。

        解析:分析電路圖和圖1乙,可得出電源電壓為12 V(如圖2);R1(全部連入)與小燈泡、R2串聯(lián)時(shí),R2(全部連入)與小燈泡的總電壓為9 V,則R1的電壓為3 V,電路中電流為0.3 A,可求得R1 = 10 Ω。

        如圖3,分析電路圖和圖1丙,可得出R2最大電阻為20 Ω,燈泡正常發(fā)光時(shí),R2與小燈泡的總電壓為7 V,因此此時(shí)U1 = 5 V,電流I = 5 V/10 Ω = 0.5 A,此時(shí)小燈泡的電壓等于額定電壓6 V,可求得小燈泡正常發(fā)光時(shí),R2兩端電壓為7 V - 6 V = 1 V,A錯(cuò)誤;此時(shí)R2 = 1 V/0.5 A = 2 Ω,B正確;整個(gè)過程中電路在10 s內(nèi)能夠消耗的最大電能W = UIt =12 V × 0.5 A × 10 s = 60 J,D正確;R1(全部連入)與小燈泡、R2串聯(lián)時(shí)燈的功率最小,此時(shí)R2最大電阻為20 Ω,電路中電流為0.3 A,求得此時(shí)R2兩端電壓U2 = 6 V,燈的電壓為9 V - 6 V = 3 V,功率P = 3 V × 0.3 A = 0.9 W,C正確。故選BCD。

        方法歸納:本題是一個(gè)動態(tài)電路與圖象結(jié)合的問題,考查相關(guān)電學(xué)物理量的運(yùn)算,解決這類問題應(yīng)經(jīng)歷下面的過程:

        (1)畫出電路簡圖:根據(jù)條件R2的滑片P2移至最左端,閉合開關(guān)S,先將R1的滑片P1由最右端移至最左端,首先識別出由于滑動變阻器滑片R1連電壓表,實(shí)際上相當(dāng)于R1全部連入電路,調(diào)節(jié)滑片只能改變電壓表示數(shù),作出簡圖如圖4。

        (2)將圖象中的條件與電路圖結(jié)合:觀察圖1乙,提取信息,即滑片在最右端時(shí)電壓表示數(shù)為電源電壓12 V,滑片在最左端時(shí)R2(全部連入)與小燈泡的總電壓為9 V,并將這些信息畫在電路圖上,如圖2。

        (3)拆分電路 + 電路圖與圖象信息結(jié)合:此類題中往往電路會有新的動態(tài)變化,本題中保持滑片P1位置不動,將滑片P2向右移動,直至小燈泡正常發(fā)光就是一個(gè)新的動態(tài)電路,應(yīng)畫出新的電路簡圖,并將圖象中的信息提取出來與電路圖結(jié)合得到圖3。

        二、原創(chuàng)拓展訓(xùn)練

        1. 如圖5甲,閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,從最右端滑至最左端時(shí),小燈泡恰好正常發(fā)光。電流表示數(shù)與兩電壓表示數(shù)的關(guān)系圖象如圖5乙所示。則:電源電壓為_________V;滑動變阻器的最大阻值為_________Ω;小燈泡額定功率為_________W。

        2. 對溫度敏感的半導(dǎo)體材料被稱為熱敏電阻,熱敏電阻是電子溫度計(jì)內(nèi)部的重要元件。圖6甲和圖6乙是利用熱敏電阻來測量溫度的原理圖。電源電壓均為20 V且保持不變,定值電阻R0的阻值為30 Ω。求:

        (1)圖6甲中電流表的示數(shù)為0.3 A時(shí),熱敏電阻兩端的電壓和其消耗的功率分別是多少?

        (2)圖6乙中電壓表的量程為0~15 V,熱敏電阻R的阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖6丙所示,圖6乙電路能測量的最高溫度是多少?

        參考答案:1. 12 14 6

        2. (1)由圖6甲可知,R0與R串聯(lián),∴I = I0 = I1= 0.3 A,定值電阻R0兩端的電壓為:U0 = I0R0 = 0.3 A × 30 Ω = 9 V;由于串聯(lián)電路兩端的電壓等于各部分電壓之和,所以熱敏電阻兩端的電壓:U1 = U - U0 = 20 V - 9 V =11 V;熱敏電阻消耗的功率為:P1 = I1U1= 0.3 A × 11 V = 3.3 W。

        (2)從圖象中可以看出,熱敏電阻的測量溫度越高其阻值越小,由串聯(lián)電路分壓特點(diǎn)可知,當(dāng)電壓表示數(shù)為15 V時(shí),熱敏電阻的阻值最小,測量的溫度最高,則此時(shí)熱敏電阻的電流為I2 = [U2R0] = [15 V30 Ω] = 0.5 A,阻值為R熱 = [U熱I2] ?= [20 V-15 V0.5 A] = 10 Ω;由圖6丙可知此時(shí)的溫度為92 ℃。

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