單個(gè)電路及多個(gè)電路計(jì)算提高版
模塊一
單開關(guān)電路中滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)問題
例題精講
【例1】★★
如圖所示,定值電阻R和最大阻值是20Ω的滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在一個(gè)電壓不變的電源上.閉合開關(guān)S,當(dāng)滑片P位于b端時(shí),電流表的示數(shù)是0.2A;當(dāng)滑片P位于變阻器中點(diǎn)時(shí),電流表的示數(shù)是0.3A.當(dāng)滑片P在a、b間滑動(dòng)時(shí),電流表的最大示數(shù)為()
A.
0.2A
B.
0.4A
C.
0.6A
D.
0.8A
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;滑動(dòng)變阻器的使用;電阻的串聯(lián).
解析:
當(dāng)滑片位于b端時(shí),定值電阻與滑動(dòng)變阻器的最大阻值串聯(lián),∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,∴根據(jù)歐姆定律可得,電源的電壓:
U=I1(R+R滑)=0.2A×(R+20Ω),當(dāng)滑片P位于變阻器中點(diǎn)時(shí),定值電阻與滑動(dòng)變阻器阻值的一半串聯(lián),則電源的電壓:
U=I1(R+R滑)=0.3A×(R+10Ω),∵電源的電壓不變,∴0.2A×(R+20Ω)=0.3A×(R+10Ω),解得:R=10Ω,U=0.3A×(R+10Ω)=0.3A×(10Ω+10Ω)=6V;
當(dāng)滑片位于a端時(shí),電路中的總電阻最小,電流表的示數(shù)最大,Imax==0.6A.
答案:
C
【測試題】
如圖所示,標(biāo)有“4V
1W”的小燈泡與一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接到10V的電源上.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P移到中點(diǎn)時(shí),燈泡恰好能正常發(fā)光,則此時(shí)電流表的示數(shù)為______A.滑動(dòng)變阻器的最大電阻為______Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;滑動(dòng)變阻器的使用.
解析:
由P=UI得:
燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流I==0.25A;
因燈泡正常發(fā)光,故此時(shí)電流表的示數(shù)應(yīng)為0.25A;
由歐姆定律可得:電路中的總電阻R總==40Ω;
由P=可得:
燈泡的電阻R==16Ω;
則滑動(dòng)變阻器的一半阻值為:40Ω-16Ω=24Ω;
故滑動(dòng)變阻器的最大阻值為:2×24Ω=48Ω.
答案:
0.25;48.
模塊二
單開關(guān)電路中滑動(dòng)變阻器的極值問題
例題精講
【例2】★★
如圖所示的電路中,電源電壓U=15V不變,R1=4Ω.當(dāng)變阻器的滑片P從一端滑動(dòng)到另一端的過程中,電壓表示數(shù)從2V變化到6V.則電阻R2的阻值為______Ω;變阻器R′的最大阻值為______Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;電阻的串聯(lián).
解析:
⑴由圖可知,電壓表測R1兩端的電壓,當(dāng)滑片P在左端時(shí),滑動(dòng)變阻器連入的電阻為0,電路中電流最大,R1兩端的電壓最大,即為6V時(shí);
此時(shí)R1和R2串聯(lián),電阻R2兩端的電壓:
U2=U-U1=15V-6V=9V,∵串聯(lián)電路各處的電流相等,∴,即
解得:R2=6Ω;
⑵當(dāng)滑片P在右端時(shí),三電阻串聯(lián),滑動(dòng)變阻器的電阻R′全連入,電路中電流最小,R1兩端的電壓最小,即U1′=2V,電路中的電流:
I==0.5A,電路中的總電阻:
R==30Ω,R′=R-R1-R2=30Ω-4Ω-6Ω=20Ω.
答案:
6;20.
【測試題】
如圖所示,電壓U恒定為8V,R1=12Ω.滑動(dòng)變阻器的滑片P從一端滑到另一端的過程中,電壓表的示數(shù)從3V變到6V,則R2的阻值為______Ω,滑動(dòng)變阻器的最大阻值為_______Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;滑動(dòng)變阻器的使用.
解析:
當(dāng)滑片在最左端時(shí),電路電流I1==0.5A,電阻R2兩端的電壓U2=U-U1=8V-6V=2V,電阻R2==4Ω,當(dāng)滑片在最右端時(shí),電路電流I==0.25A,電阻R2兩端的電壓U2′=IR2=0.25A×4Ω=1V,所以滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為U3=U-U1′-U2′=8V-3V-1V=4V,滑動(dòng)變阻器的最大阻值R3==16Ω.
答案:
4;16.
模塊三
單開關(guān)復(fù)雜電路計(jì)算
【例3】★★★
如圖所示,電源電壓保持不變,三個(gè)電阻的阻值分別是R1、R2、R3.當(dāng)閉合開關(guān)S后,電流表A1、A2、A3的示數(shù)分別為I1、I2、I3,則R1:R2=_______.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;并聯(lián)電路的電流規(guī)律.
解析:
根據(jù)題意可知,I1=IR1+I(xiàn)R2+I(xiàn)R3---①
I2=IR1+I(xiàn)R2---②
I3=IR2+I(xiàn)R3---③
由①②可得IR3=I1-I2---④
由①③可得IR1=I1-I3---⑤
由①④⑤可得IR2=I2+I(xiàn)3-I1---⑥
故R1:R2=IR2:IR1=(I2+I(xiàn)3-I1):(I1-I3).
答案:
(I2+I(xiàn)3-I1):(I1-I3)
【測試題】
如圖所示,電源電壓保持不變,閉合開關(guān)S,電壓表V1讀數(shù)為36V,電流表A讀數(shù)為3A,電壓表V2讀數(shù)為24V,則R1:R3=________;斷開開關(guān)S后,電流表A讀數(shù)變?yōu)?.5A,此時(shí)電壓表V1和V2示數(shù)的比值是________.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;電阻的串聯(lián);電路的動(dòng)態(tài)分析.
解析:
⑴由電路圖可知,閉合開關(guān)S,R1與R2串聯(lián),電壓表V1測電源的電壓,電壓表V2測R1兩端的電壓,電流表測電路中的電流,∵I=,∴R1的阻值:
R1==8Ω,電路中的總電阻:
R==12Ω,∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,∴R3=R-R1=12Ω-8Ω=4Ω,∴R1:R3=8Ω:4Ω=2:1;
⑵斷開開關(guān)S后,三電阻串聯(lián),電壓表V1測R1和R3兩端的電壓之和,電壓表V2測R1和R2兩端的電壓之和,電流表測電路中的電流,此時(shí)電路中的總電阻:
R′==24Ω,則R2=R′-R1-R3=24Ω-8Ω-4Ω=12Ω,此時(shí)電壓表V1和V2示數(shù)的比值:
.
答案:
2:1;3:5
模塊四
單開關(guān)電路中的換表問題
【例4】★★★
如圖所示的電路中,電源兩端的電壓保持不變,電阻R2與R3的阻值均為10Ω.閉合開關(guān)S,電流表A1和A2的示數(shù)之比為3:2.若把電流表A1和A2分別換成電壓表V1和V2后,電壓表V1的示數(shù)為U1′,電壓表V2的示數(shù)為U2′.則下列選項(xiàng)正確的是()
A.
R1=5Ω
B.
R1=20Ω
C.
U1′:U2′=3:4
D.
U1′:U2′=4:3
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的辨別;電流表的使用;電壓表的使用.
解析:
當(dāng)兩表為電流表時(shí),電路圖如圖所示,電流表A1的示數(shù)為:I1+I(xiàn)2,電流表A2的示數(shù)為:I2+I(xiàn)3,∵(I1+I(xiàn)2):(I2+I(xiàn)3)=3:2
∴I2=2I1-3I3,即:,=-,∴R1=5Ω.
當(dāng)兩表為電壓表時(shí),電路圖如圖所示,電壓表V1的示數(shù)為:U2+U3,電壓表V2的示數(shù)為:U1+U2,設(shè)電路中電流為I,則:
∵U1=IR1=5Ω×I,U2=IR2=10Ω×I,U3=IR3=10Ω×I,∴U1′:U2′=(U2+U3):(U1+U2)
=(10Ω×I+10Ω×I):(5Ω×I+10Ω×I)
=4:3.
答案:
AD
【測試題】
如圖所示電路中,電源電壓不變.開關(guān)S閉合后,電壓表V1、V2示數(shù)之比為3:5;斷開開關(guān)S,把電壓表V1換成電流表A1,把電壓表V2換成電流表A2,閉合開關(guān)S,電流表A1、A2示數(shù)之比為5:9.則下列結(jié)果正確的是()
A.R1:R2=5:3
B.R3:R1=1:3
C.
R2:R3=5:3
D.R1:R2:R3=1:2:3
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;正電荷與負(fù)電荷;并聯(lián)電路的電壓規(guī)律;電阻的串聯(lián).
解析:
電路接入兩個(gè)電壓表時(shí),等效電路如圖1所示;電路接入兩個(gè)電流表時(shí),等效電路如圖2所示.
圖1中,電壓表V1、V2示數(shù)之比為3:5
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等,∴根據(jù)歐姆定律可得:
===,圖2中:電流表A1、A2示數(shù)之比為5:9
∵并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,且干路電流等于各支路電流之和,∴===×=×=,解得:R1=3R3,故B正確;
==,解得:R2=2R3,故C不正確;
R1=3R3=1.5R2,即2R1=3R2,故A不正確;
R1:R2:R3=2:3;6,故D不正確.
答案:
B
模塊五
多開關(guān)電路計(jì)算
例題精講
【例5】★★★
如圖所示電路,當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合,S3斷開時(shí),電流表的示數(shù)為1.2A;當(dāng)S2、S3閉合,S1斷開時(shí),電流表的示數(shù)為1.8A,則當(dāng)S1閉合,S2、S3斷開時(shí),電流表的示數(shù)為()
A.
1.0A
B.
0.8A
C.
0.6A
D.
0.4A
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用.
解析:
由電路圖可知:
當(dāng)開關(guān)S1、S2閉合,S3斷開時(shí),等效電路圖如圖1所示;
當(dāng)S2、S3閉合,S1斷開時(shí),等效電路圖如圖2所示;
當(dāng)S1閉合,S2、S3斷開時(shí),等效電路圖如圖3所示;
設(shè)電源電壓為U;
由電路圖1可知,∵I=,∴電阻R1==,由電路圖2可知,通過電阻R2的電流IR2=I2-I1=1.8A-1.2A=0.6A,∵I=,∴電阻R2==,由電路圖3可知,I3===0.4A.
答案:
D
【測試題】
如圖所示,電源電壓保持不變,R3=2R2,當(dāng)閉合開關(guān)S1,斷開S2時(shí),R1兩端的電壓為10V;當(dāng)斷開S1,閉合S2時(shí),R1兩端的電壓為8V,則R1:R3為()
A.
4:5
B.
3:2
C.
3:1
D.
5:4
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律.
解析:
當(dāng)閉合開關(guān)S1,斷開S2時(shí),R1與R2串聯(lián),電路中的電流為I1;
當(dāng)斷開S1,閉合S2時(shí),R1與R3串聯(lián),電路中的電流為I2;
根據(jù)歐姆定律可得:I1R1=10V,I2R1=8V,則
==,∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,且電源的電壓不變,∴電源的電壓U=I1R2+10V=I2×R3+10V=I2R3+8V,解得:I2R3=V,∴===.
答案:
B
【例6】★★★
如圖所示,電源兩端的電壓為12V保持不變,電阻R1的電阻值是R2的電阻值的3倍.當(dāng)開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí),10s內(nèi)R1消耗電能48J;當(dāng)開關(guān)S1斷開、S2閉合時(shí),電流表示數(shù)為0.1A,則電阻R3的電阻值等于________Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用.
解析:
當(dāng)開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí),10s內(nèi)R1消耗電能48J,根據(jù)Q=得:
48J=×10s
R1=30Ω;
又∵電阻R1的電阻值是R2的電阻值的3倍,∴R2=10Ω;
當(dāng)開關(guān)S1斷開、S2閉合時(shí),R2與R3串聯(lián),電路中的電流為0.1A,則:
U2=IR2=0.1A×10Ω=1V,R3===110Ω
答案:
【測試題】
如圖所示,電源電壓保持不變,電阻R1=R2=R3,當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2時(shí),A示數(shù)為I1;斷開開關(guān)S1、S2時(shí),A示數(shù)為I2,則I1:I2=________.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;電阻的串聯(lián);電阻的并聯(lián).
解析:
當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2時(shí),R2、R3并聯(lián),電流表測干路電流,電路中的總電阻R并=R2,當(dāng)斷開開關(guān)S1、S2時(shí),R1、R2串聯(lián),電流表測電路中的電流,電路中的總電阻R串=2R2,∵電源的電壓不變,∴I1:I2=:=R串:R并=2R2:R2=4:1.
答案:
4:1
【例7】★★★
如圖所示的電路,電源電壓一定,R1=10歐,R2=30歐,當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電流表的示數(shù)為3.0安,電壓表的示數(shù)不為零,則當(dāng)開關(guān)S1閉合,S2斷開時(shí),電流表的示數(shù)可能是()
A.
4.0安
B.
5.0安
C.
3.0安
D.
3.6安
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;并聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;并聯(lián)電路的電壓規(guī)律;電阻的串聯(lián);電阻的并聯(lián).
解析:
當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),等效電路圖如圖1所示;
當(dāng)開關(guān)S1閉合,S2斷開時(shí),等效電路圖如圖2所示.
由圖1可知:R1兩端的電壓為U1=I1R1=3A×10Ω=30V,∵R1、R2并聯(lián),∴R2兩端的電壓為U2=U1=30V,∴I2===1A,干路電路為I=I1+I(xiàn)2=3A+1A=4A.
∵并聯(lián)電路電阻越并越小、小于任何一個(gè)分電阻,∴圖2中的總電阻大于圖1中的總電阻,∴根據(jù)I=可知電路中的電流小于4A;
∵串聯(lián)電路電阻越大分得的電壓越大,反之越小,∴圖2中R1兩端的分得的電壓變大,∴根據(jù)I=可知通過R1的電流變大,即電流表的示數(shù)大于3A;
答案:
D
【測試題】
如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,R1=10Ω,R2=20Ω,R3的阻值不為零,當(dāng)開關(guān)S1閉合,S2斷開時(shí),電壓表的示數(shù)為8V;當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電壓表的示數(shù)可能值為()
A.
8V
B.
10V
C.
12V
D.
14V
考點(diǎn):
串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;歐姆定律的應(yīng)用.
解析:
⑴當(dāng)開關(guān)S1閉合,S2斷開時(shí),電阻R1、R2、R3串聯(lián),電壓表測量的是電阻R2兩端的電壓等于8V,此時(shí)電路中的電流為I===0.4A,則電阻R1兩端的電壓U1=IR1=0.4A×10Ω=4V,此時(shí)電阻R3兩端的電壓U3=U-4V-8V=U-12V;
⑵當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電阻R1被短路,電壓表仍然測量的是電阻R2兩端的電壓,但是電路的總電阻減小,總電流增大,電壓表的示數(shù)會增大,因此電壓表示數(shù)會大于8V.但是電阻R3兩端的電壓U3也會增大,電源電壓不變,一開始U3=U-4V-8V=U-12V,而U3增大,所以R2兩端的電壓應(yīng)小于12V,故此時(shí)電壓表的示數(shù)會小于12V.
綜上分析,電壓表的示數(shù)大于8V小于12V,故選項(xiàng)中只有10V符合要求.
答案:
B
【例8】★★★
如圖所示電路中,R1=3Ω,R2=6Ω,當(dāng)開關(guān)S1與S2閉合,S3斷開時(shí),電流表的示數(shù)為0.6A,當(dāng)開關(guān)S1與S3閉合,S2斷開時(shí),電流表的示數(shù)為()
A.
0.9A
B.
2.7A
C.
1.8A
D.
0.3A
考點(diǎn):
電路的簡化與計(jì)算;歐姆定律的應(yīng)用;電阻的并聯(lián).
解析:
當(dāng)開關(guān)S1與S2閉合,S3斷開時(shí),I=0.6A,R1=3Ω,故可求得電源電壓為U=I?R1=0.6×3V=1.8V.
當(dāng)開關(guān)S1與S3閉合,S2斷開時(shí),總電阻R===2Ω,故此時(shí)的電流為I===0.9A
答案:
A
【測試題】
圖所示的電路圖中,電路兩端電壓U不變.開關(guān)S閉合后,電壓表V1的示數(shù)小于電壓表V2的示數(shù).下列說法正確的是()
A.
若將任意兩個(gè)電阻的位置對調(diào),電路中的電流都會改變
B.
若將電阻R1與R2的位置對調(diào),電壓表V1的示數(shù)不變,V2的示數(shù)變大
C.
若將電阻R1與R3的位置對調(diào),電壓表V1的示數(shù)變大,V2的示數(shù)變小
D.
若用電流表替換電壓表,在V1處的電流表的示數(shù)比在V2處的電流表的示數(shù)大
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用.
解析:
A、若將任意兩個(gè)電阻的位置對調(diào)時(shí),串聯(lián)電路的總電阻不變,所以根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流不變,故A選項(xiàng)不正確;
B、若將電阻R1與R2的位置對調(diào)時(shí),串聯(lián)電路的電流不變,電壓表V1仍測R1和R2兩端的電壓之和,根據(jù)歐姆定律可知其示數(shù)不變,V2測R1和R3兩端的電壓值之和,根據(jù)歐姆定律可知當(dāng)R1>R2時(shí)其示數(shù)變大,當(dāng)R1<R2時(shí)其示數(shù)變小,故B選項(xiàng)不正確;
C、若將電阻R1與R3的位置對調(diào),串聯(lián)電路的電流不變,電壓表V1測R3和R2兩端的電壓之和,根據(jù)歐姆定律可知其示數(shù)變大,V2測R1和R2兩端的電壓值之和,根據(jù)歐姆定律可知其示數(shù)變小,故C選項(xiàng)正確;
D、若用電流表替換電壓表時(shí),R1、R2、R3并聯(lián),各支路兩端的電壓相等,在V1處的電流表測通過R2、R3的電流之和,在V2處的電流表測R1、R2的電流之和,根據(jù)歐姆定律和R1<R3可知,I1>I2,所以在V1處的電流表的示數(shù)比在V2處的電流表的示數(shù)小,故D選項(xiàng)不正確.
答案:
C
【例9】★★★
如圖所示電路電源兩端電壓保持不變.閉合開關(guān)S1和S2時(shí),電流表的示數(shù)為I1,電壓表V1的示數(shù)為U1,電壓表V2的示數(shù)為U2;閉合開關(guān)S1,斷開開關(guān)S2時(shí),電流表的示數(shù)為I2,電壓表V1的示數(shù)為U1′,電壓表V2的示數(shù)為U2′,R3兩端電壓為5V.已知:U1:U2=2:3,U2:U2′=2:1.求:
⑴R1:R2;
⑵I1:I2;
⑶電源電壓.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用.
解析:
閉合S1、S2,電阻R3被短路,R1、R2串聯(lián),電壓表V1、V2分別測量R1、R2兩端電壓,簡化電路如圖甲所示:;
閉合開關(guān)S1,斷開S2,三只電阻串聯(lián),電壓表V1、V2仍然分別測量R1、R2兩端電壓,簡化電路如圖乙所示:;
⑴∵在串聯(lián)電路中,用電器兩端電壓與其阻值成正比,∴由圖甲得:
==;
⑵∵I=,∴由圖甲、乙得:
∵===,∴=;
⑶已知電源兩端電壓保持不變,∴I1(R1+R2)=I2(R1+R2+R3),∴R1:R2:R3=2:3:5,∴===,∴電源電壓為U=2U3=2×5V=10V.
答案:
⑴R1:R2為2:3;
⑵I1:I2為2:1;
⑶電源電壓為10V.
【測試題】
如圖所示的電路中,電源兩端的電壓保持不變,電阻R2與R3的阻值均為10Ω.閉合開關(guān)S,斷開開關(guān)S1,電流表A1和A2的示數(shù)之比為3:1.當(dāng)把電流表A1和A2分別換成電壓表V1和V2后,若把開關(guān)S、S1都閉合,電壓表V1的示數(shù)為U1,電壓表V2的示數(shù)為U2.則下列選項(xiàng)正確的是()
A.
R1=10Ω
B.
R1=20Ω
C.
U1:U2=3:4
D.
U1:U2=4:3
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;并聯(lián)電路的電流規(guī)律;并聯(lián)電路的電壓規(guī)律.
解析:
⑴閉合開關(guān)S,斷開開關(guān)S1時(shí),R1、R2并聯(lián),電流表A1測干路電流,A2測R2支路的電流;
電流表A1的示數(shù)為:I1+I(xiàn)2,電流表A2的示數(shù)為:I2,∵(I1+I(xiàn)2):I2=3:1,∴I1:I2=2:1,即=2,R1=R=×10Ω=5Ω.
⑵當(dāng)把電流表A1和A2分別換成電壓表V1和V2后,若把開關(guān)S、S1都閉合時(shí),三電阻串聯(lián),電壓表V1測R2和R3兩端的電壓,V2測R1和R2兩端的電壓;
∵串聯(lián)電路各處的電流相等,∴根據(jù)U=IR可得,兩電壓表示數(shù)的比值為:
U1:U2=(R2+R3):(R1+R2)=(10Ω+10Ω):(5Ω+10Ω)=4:3.
答案:
D