评论
打印
17．（8分）（2013•宜宾）现有额定电压12V的电源，电压表（量程为3V、15V两档）、电流表（量程为0.6A、3A两档）各一个．为了较为准确地测定额定电压为3.8V的小灯泡在正常工作状态下的电阻值，设计了如图（甲）所示的电路图，图中滑动变阻器R′的作用是 保护电路 ．请在图（乙）中以笔画线代替导线将电路连接完整，要求图中滑动变阻器接入电路阻值最大．实验中电压表的读数为U，电流表的读数为I，定值电阻阻值为R，则小灯泡的电阻值RL可表示为 
．
考点： 欧姆定律的应用；实物的电路连接；电阻．
专题： 欧姆定律．
分析： ①滑动变阻器在电路中的作用有二：保护电路；改变用电器两端电压和电路电流；
②滑动变阻器采用“一上一下”的接法串联在电路中，为保护电路，闭合开关之前滑片要位于最大阻值处；
③串联电路中电流处处相等，由电流表示数可以得到通过灯泡的电流；已知定值电阻的阻值和通过的电流，可以得到定值电阻两端电压；已知灯泡和定值电阻两端电压和定值电阻两端电压，可以得到灯泡两端电压；已知灯泡两端电压和通过的电流，利用公式R=得到灯泡电阻．
解答： 解：①由图知：滑动变阻器与灯泡、定值电阻串联在电路中，因为串联电路具有分压作用，所以滑动变阻器可以保护电路，避免灯泡两端电压过高烧坏灯泡；
②由图知：电压表测量灯泡和定值电阻的总电压，所以与灯泡、定值电阻并联；滑动变阻器已经连接了左上角的接线柱，并且滑片在最右端，所以另外选择左下角的接线柱接入电路．实物连接如下图；
③已知电压表的读数为U，电流表的读数为I，
∵I=
∴灯泡和定值电阻的总电阻为R串=
已知定值电阻阻值为R，∴灯泡电阻为RL=R串﹣R=﹣R．
故答案为：保护电路；
；
﹣R．
点评： 此题考查的是电路的连接、滑动变阻器的作用和欧姆定律的应用，属于实验设计类题目，考查我们设计实验的能力，有一定的难度．
四、计算与解答题
18．（8分）（2013•宜宾）如图所示，电源电压恒定不变，R2的阻值为8Ω，小灯泡L上标有“6V 3W”字样，小灯泡电阻不随温度改变．若闭合S1、S2，断开S3，小灯泡刚好正常发光，此时电压表的示数为3V，那么：
（1）小灯泡L的电阻为多大？
（2）电压电压为多少？
（3）R1电阻为多大？
（4）若闭合S1、S3，断开S2，并移动滑动变阻器R的滑片，滑动变阻器接入电路的电阻为多大时，电路的总功率最大，这个最大的功率等于多少？
考点： 电功率的计算；串联电路的电流规律；串联电路的电压规律；欧姆定律的应用．
专题： 计算题；电路和欧姆定律；电能和电功率．
分析： （1）已知灯泡额定电压和额定功率，利用公式R=
得到灯泡电阻；
（2）若闭合S1、S2，断开S3，灯泡与定值电阻R1串联，灯泡正常发光，说明两端电压等于额定电压，电压表测量定值电阻两端电压，总电压等于两电压之和；
（3）若闭合S1、S2，断开S3，灯泡与定值电阻R1串联，灯泡正常发光，说明两端电压等于额定电压，已知灯泡两端电压和电阻，利用欧姆定律得到电路电流；串联电路电流处处相等，已知电阻R1两端电压和通过的电流，利用公式R=得到其阻值；
（4）若闭合S1、S3，断开S2，滑动变阻器、定值电阻R2和灯泡串联，要使电路总功率最大，也就是电路总电阻最小，功率大小用公式P=
计算．
解答： 解：（1）∵P=
∴灯泡电阻为RL=
=
=12Ω；
（2）闭合S1、S2，断开S3，灯泡与定值电阻R1串联，灯泡正常发光，
∴电源电压U=UL+U额=6V+3V=9V；
（3）灯泡正常发光时，电路电流为I=
=
=0.5A，
∴R1的阻值为R1=
=
=6Ω；
（4）闭合S1、S3，断开S2，滑动变阻器、定值电阻R2和灯泡串联，要使电路总功率最大，也就是电路总电阻最小，即滑动变阻器接入电路电阻为0，
此时的电功率为P最大=
=
=
=4.05W．
答：（1）灯泡电阻为12Ω；
（2）电源电压为9V；
（3）R1的阻值为6Ω；
（4）滑动变阻器接入电路电阻为0时，电路的总功率最大；此时的电功率为4.05W．
点评： 分析多元件、多开关、滑动变阻器滑片在不同位置等情况下的电学问题时，应该在掌握电路特点和有关公式的前提下，各个击破，切忌不分主次，漫无目的，无从下手．
19．（8分）（2013•宜宾）最近，中央电视台科教频道播出了在我市拍摄的“汽车落水后如何水下逃生”的纪录片．纪录片中，实验人员开着小车从高处落入滚滚的岷江，并在门窗紧闭的车中，尝试用不同的方法砸碎车窗玻璃逃生，惊心动魄．为了确保实验人员的安全，摄制组精心设计了紧急救援装置，用于当实验人员无法从车中逃生时迅速吊起汽车．现某课外活动小组，照此设计了如图所示的简单机械，模拟紧急救援落水汽车．实验中用实心圆柱体A代替小车，已知A的体积为0.12m3，质量为210kg．（g取10N/kg，设整个过程A均为匀速运动状态，忽略钢缆绳重及滑轮摩擦，不考虑风浪、水流等因素的影响．）
（1）求A完全浸没在水中时受到的浮力是多大？（ρ水=1.0×103kg/m3）
（2）若A完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为 60%．那么A完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力F为多大？
（3）若A完全打捞出水面后，以0.5m/s的速度被匀速提升，求岸上钢绳拉力F的功率．
（4）从A上表面刚出水面到A完全离开水面的过程中，滑轮组机械效率如何变化？请简述理由．
考点： 阿基米德原理；滑轮（组）的机械效率；功率的计算．
专题： 功、功率、机械效率．
分析： （1）根据公式F浮=ρ液gV排进行计算；
（2）当物体在水中时，有用功是克服（G﹣F浮）做的功，总功是拉力F做的功，根据此时的机械效率计算出动滑轮的重力，可根据F=（G物+G动）计算出A完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力F；
（3）根据公式P==
=Fv计算F的功率；
（4）根据影响滑轮组机械效率的因素被提升物体的重力进行分析．
解答： 解：（1）F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3）×10N/kg×0.12m3=1200N；
（2）A的重力为：
G物=m物g=210N×10N/kg=2100N
A在水中时η=60%，则：
W有=（G物﹣F浮）•h
W总=（G物﹣F浮）•h+G动•h
又∵η=60%
∴
=60%
即
=60%
解得：G动=600N
由图知，滑轮组由5段绳子承担物重，
∴A完全出水后，钢绳拉力F=
=
=540N；
（3）物体上升速度为0.5m/s，所以绳端移动距离为v=5×0.5m/s=2.5m/s；
则P==
=Fv=540N×2.5m/s=1350W
（4）A从上表面刚出水面到A完全离开水面的过程中，A受到的浮力在减小，绳子对A的拉力在增大，滑轮组对A做的有用功在增加．在额外功一定的情况下，整个过程滑轮组的机械效率在变大．
答：（1）求A完全浸没在水中时受到的浮力是1200N；
（2）A完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力F为54N；
（3）若A完全打捞出水面后，岸上钢绳拉力F的功率为1350W；
（4）机械效率在变大；
A从上表面刚出水面到A完全离开水面的过程中，A受到的浮力在减小，绳子对A的拉力在增大，滑轮组对A做的有用功在增加．在额外功一定的情况下，整个过程滑轮组的机械效率在变大．
点评： 此题考查了有关浮力、滑轮组的机械效率及功率的计算，将机械效率与浮力结合，在计算机械效率时注意A在水中与在水面上的有用功的变化，解决此题的关键是求出动滑轮的重力
