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初中三年级物理

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首页 初中三年级物理知识 电阻的串联 电路的组成 滑动变阻器 电功率的计算公式的变形 试题正文
  • 实验题
    以下是某班开展“制作模拟调光灯”综合实践活动的片段。根据题意回答或者解决有关问题。实验器材：学生电源（电压限取6V挡）、规格为“2.5V0.23A”的小灯泡、规格为“20Ω2A” 的滑动变阻器、开关和若干导线，另有各种规格的定值电阻可供任意选用（均标注电阻值和允许通过的最大电流值）。制作要求：亮度可连续调节；在调光的整个过程中，灯两端的电压不超过2.5V。
    活动过程：
    （1）计算出小灯泡正常发光时的电阻为___________。
    （2）你准备采取什么措施，让灯泡能接到6V的电源上，且能调节亮度。简要说明你采取的措施：___________________。 （3）相互交流时，小强实验桌上的情景如图1。不少同学认为该调光灯不符合制作要求。请你指出不符合要求之处：_______________________________________________。
    （4）小玲同学认为：可在小强的电路中再串联一只规格合适的定值电阻R0（如图2）就能符合要求。请你根据题意和有关计算，确定R0的规格。
    （5）还有同学提出另一种改进方案：如果不串联定值电阻，可以在滑动变阻器的适当位置上做标记（或加一个限位装置）限制它的调节范围，也能符合要求。请你说明，还需增加什么电学器材，这个改进方案才能实施；并说明，如何运用增加电学器材来达到你的目的。

    图1                                               图2
    本题信息：2007年江苏中考真题物理实验题难度极难 来源:牛青丹
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本试题 “以下是某班开展“制作模拟调光灯”综合实践活动的片段。根据题意回答或者解决有关问题。实验器材：学生电源（电压限取6V挡）、规格为“2.5V0.23A”的小灯泡、规格...” 主要考查您对

电阻的串联

电路的组成

滑动变阻器

电功率的计算公式的变形

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 电阻的串联
  • 电路的组成
  • 滑动变阻器
  • 电功率的计算公式的变形
电阻的串联：
串联电路的总电阻等于各串联电阻之和
(1)把几个导体串联起来，相当于增加了导体的长度，其总电阻一定比每一个导体的电阻大。

(2)由R=R1+R2+…+R4可推出，n个阻值均为Rn的电阻串联，其总电阻为R=nR0。
串联电路中电压分配特点：
在串联电路中，导体两端的电压跟导体的电阻成正比，即。
  如图所示，在串联电路中，根据欧姆定律的变形公式U=IR可得：电阻R1两端的电压U1=IR1，电阻R2两端的电压U2=IR2，所以，即，该式表明串联电路的电压分配特点。


如何理解“串联分压与并联分流”问题：
1．分压原理：根据串联电路的电流特点及欧姆定律可知，变形得，这便是分压原理，即在串联电路中，电压的分配与电阻成正比。
2．分流原理：在并联电路中，由于并联电路电压相等，由变形得，这就是分流原理，即在并联电路中，电流的分配与电阻成反比。

例1在如图所示的电路中，两只电流表的规格相同，电流表有两个量程(0～0．6A以及0～3A)。闭合开关s，电阻R1与R2中均有电流流过，两只电流表的指针偏转角度相同，则R1与R2的比值为(   )

解析：电流表A2测通过R2的电流，A1测干路中的电流，两只电流表的偏转角度相同，说明干路中的电流是R2支路中电流的5倍(注意：电流表的两量程是5倍关系)，则通过R1的电流是通过R2电流的4 倍，故R1：R2=I2：I1=1：4。

答案：C


电路：
电路是把电源，开关，用电器用导线连接起来组成电流的路径。


画好电路图的方法：
(1)应完整地反映电路的组成，即有电源、用电器、开关和导线：
(2)规范地使用电路元件符号，不能自选符号：
(3)交叉相连的点要画粗黑圆点；
(4)合理地安排电路元件符号的位置，尽可能让这些元件符号均匀地分布在电路中，使电路图清楚美观，并注意元件符号绝不能画在拐角处；
(5)导线要横平竖直，转弯画成直角，电路图一般呈长方形；
(6)最好从电源的正极开始，沿着电流的方向依次画电路元件，且知道在电路图中导线无长短之分的原则。
如图所示的电路及它的电路图。

定义：
    滑动变阻器是电路中的一个重要元件，它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻，从而起到控制电路的作用。在电路分析中，滑动变阻器既可以作为一个定值电阻，也可以作为一个变值电阻。


构造：
滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。

符号：常用Rx表示，元件符号位或。
结构示意图：

工作原理：通过改变接入电路中电阻丝的长度，可以逐渐改变电阻。

作用：改变电流、调节电压和保护用电器。

使用方法：滑动变阻器一般串联在电路中。连接时应“一上一下”的把接线柱接人电路中。连接电路时应把滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处。

铭牌：观察滑动变阻器的铭牌，能够了解它的最大阻值和允许通过的最大电流。例如铭牌上标有 “20Ω  1.5A”的字样，说明该滑动变阻器的最大阻值是20Ω，允许通过的最大电流是1．5A。

优缺点：
优点：能连续地改变接人电路的电阻值；缺点：不能直接读出电阻值的大小。


用滑动变阻器改变电流的方法
1．根据实际需要对滑动变阻器进行选择。每个滑动变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值，通过它的电流不能超过最大电流值。
例如：滑动变阻器铭牌上的“20 Ω2A”是指滑动变阻器连入电路的最大阻值为20Ω，通过滑动变阻器的电流不能超过2A。
2．滑动变阻器一般与被控制部分串联。
3．为了保护电路，在闭合开关前要使滑片处于滑动变阻器阻值最大的位置。
4．滑动变阻器在接入电路时必须采用两个接线柱 “一上一下”的连接方法。
5．要使灯泡的亮度变亮，即需要使电路中的电流变大，则应该让滑动变阻器连入电路中的阻值变小。

例：李明想用如图所示的器材，设计一个可以调节小灯泡亮度的电路。请你用笔画线代替导线，帮李明把图中的器材连接起来。要求：

(1)滑动变阻器的滑片向右滑动时，灯泡的亮度变暗；
(2)电流表测通过灯泡的电流(灯泡的电阻约为 10Ω)，电压表测灯泡两端的电压。李明检查电路连接无误后，闭合开关，电流表和电压表示数如图甲、乙所示，则通过灯泡的电流是____ A，灯泡两端的电压是__V。

解析：本题考查滑动变阻器、电压表、电流表的使用。由于电源为两节干电池，所以电压表的量程选择0～3V，灯泡的电阻约为10Ω，故电流表的量程选择0～0．6A。

答案：电路图如下图0．26   2．4

判断滑动变阻器阻值变化的方法：
    判断电路中滑动变阻器的阻值变化时，一要弄清滑动变阻器的哪部分被连入电路；二是要看清滑动变阻器滑片的移动方向。

例1如图所示的是一种自动测定油箱内油面高度的装置，R是转动式变阻器，它的金属滑片P是杠杆的一端，下列说法正确的是(   )

A．油量表是由电流表改装而成的
B．R、R0在电路中是并联的
C．油位越高，流过R的电流越大
D．油位越高，R两端的电压越大

解析：观察电路可知油量表显然不能是电流表，因为电流表是不能被并联在电路中的，这个油量表应该是电压表。两个电阻是串联在电路中的，油位越高，油量表的示数应该越大，通过电路冈可以看出油量表测的电压是转动式变阻器两端的电压，因此可以判断，油位越高电压越高。

答案：D


滑动变阻器的接法：
限流式
以下情况可选用限流式接法：
①待测用电器电阻接近滑动变阻器电阻（也可选用分压式接法）。
②简化电路，节约能源。


分压式
以下情况必须使用分压式接法：①待测用电器电阻远大于或远小于滑动变阻器电阻。②实验要求待测用电器电流及其两端电压可以由0开始连续变化（例如测小灯泡的伏安特性曲线）。③实验要求待测用电器电流及其两端电压可变范围较大。④采用限流式接法时，无论如何调节变阻器，电流、电压都大于对应电表的量程。
串分压公式：U1/U2=R1/R2
并分流公式：I1/I2=R2/R1

实验室接法
连接的方法有6种，分别为AC、AD、BD、BC、CD、AB。

其中只有AC，AD，BD，BC这四种方法，也就是所谓的“一上一下”，可以改变阻值。剩下的两种不能改变阻值。
具体情况如下：
1.当导线接AD和AC时，滑片P向左移动时电阻变小，电流变大。当滑片P向右移动时，电阻变大，电流变小。
2.当导线接BC和BD时，滑片P向左移动时电阻变大，电流变小。当滑片P向右移动时，电阻变小，电流变大。
3.当划片接CD时，这时的电阻几乎为0.电流十分大。同时电阻的阻值不可以通过移动滑片P来改变，所以这时就相当于一个定值电阻。另外，如果这样直接接到电源上，就会发生短路。
4.当划片接AB时。这时的电阻是最大的，那么通过的电流也很小。同时电阻的阻值也不可以通过移动滑片P来改变，也相当于一个定值电阻。

解读电功率的计算公式：
     电功率的四个表达式：（1）定义式：P=W/t。（2）反映电学特点的普适式P=UI。与欧姆定律结合后得到的(3)式P=I2R。（4）式P=U2/R。
     电功率是反映电能消耗快慢的物理量，定义为1秒钟内消耗电能的多少，因此，用所消耗的电能除以消耗这些电能所用的时间，就得到定义式P=W/t。 

     经实验研究证明，电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积，即P=UI。电压和电流是电路中最重要的物理量。有电压才可能有电流。电能是通过电荷有规律的运动转化成其它形式的能量的，电荷有规律的运动就形成电流。没有电流就不会消耗电能，当然也就不会有电能转化为其它形式的能量。所以，P=UI广泛应用于电功率的计算。
    
    与欧姆定律结合得到的（3）式P=I2R、（4）式P=U2/R适用于纯电阻电路。因为，欧姆定律反映的是导体中的电流与导体两端电压和导体电阻之间的关系，是在纯电阻电路中得出的，所以，它只适用于纯电阻电路。如：白炽灯、电阻、电热器等，不适用于含电动机的电路和输变电电路的计算。由于串联电路中电流处处相等，所以在串联电路中，使用（3）式P=I2R分析和计算方便。在并联电路中，各支路两端电压相等，所以用（4）式P=U2/R分析和计算方便。通过对近几年的中考命题分析，除了含电动机电路的电功率计算外，其它全是纯电阻电路。在纯电阻电路中，四个计算公式通用，可根据具体情况选择方便的公式进行运用。

巧用电阻不变求实际功率：
      由用电器铭牌上的U额、P额，求出电阻。即由P= ，解出R=；由于电阻是不变的物理量，当求不同电压的实际功率时，可依据求得。
例1：如图所示，电源电压不变，灯L1标有“6V 3W”字样。当S、S1均闭合时，L1正常发光，的示数是____V。若闭合S、断开S1，的示数是0．3A，则L2的实际功率为__W。

解析：当S、S1均闭合时，L2被短路，此时L1正常发光，所以电压表示数等于6V。当闭合S，断开S1 时，灯L1、L2串联。灯L1电阻。灯L1两端电压，所以灯L2的实际功率。
答案：6  0．72


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