初中物理欧姆定律解答题

某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示，电源电压 $U$恒为 $15V$，定值电阻 $R_0=10\Omega$， $R_1$为一竖直固定光滑金属棒，总长 $40\mathit{cm}$，阻值为 $20\Omega$，其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定，滑片 $P$固定在弹簧下端且与 $R_1$接触良好，滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体 $M$通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端，重 $80N$，高 $60\mathit{cm}$，底面积为 $100c{m}^2$．当水位处于最高位置 $A$时， $M$刚好浸没在水中，此时滑片 $P$恰在 $R_1$最上端；当水位降至最低位置 $B$时， $M$的下表面刚好离开水面。已知弹簧所受拉力 $F$与其伸长量△ $L$的关系如图乙所示。闭合开关 $S$，试问：

（1）当水位下降时，金属棒接入电路的长度　减小　，电压表示数　　。（两空均选填“增大”或“减小” $)$

（2）当水位处于位置 $A$时，电压表的示数为多少？

（3）水位由位置 $A$降至 $B$这一过程，弹簧的长度增加了多少？电压表的示数变化了多少？

（已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

图甲为一智能路灯工作原理简图，已知控制电路中电源电压恒为 $6V$， $R_0$为滑动变阻器， $R$为光敏电阻，其阻值随光照强度（单位符号： $\mathit{cd})$变化的规律如图乙所示。工作电路中，路灯 $L$上标有“ $220V22W$”字样。当光照足够强时，路灯 $L$不工作；当光照强度降为 $20\mathit{cd}$，控制电路中电流为 $0.2A$时，工作电路刚好启动，路灯 $L$正常工作。电磁铁线圈的电阻忽略不计。试问：

（1）工作电路刚好启动时，滑动变阻器 $R_0$接入电路的阻值为多少？

（2）保持 $R_0$接入电路的阻值不变，当电流表示数为 $0.15A$时，光照强度为多少？

（3）为了节能，要使光照强度低于 $20\mathit{cd}$时，工作电路才开始启动，应将滑动变阻器 $R_0$滑片向　 　（选填“左”或“右” $)$移动，并简要说明理由。

如图甲所示，电源电压保持不变，R ₂为0﹣20Ω的滑动变阻器。A ₁的量程为0.6A，A ₂的量程为3A，V ₁的量程为15V，V ₂的量程为3V，不考虑温度对灯丝电阻的影响，定值电阻R ₁的I﹣﹣U关系图象如图乙所示。

（1）当S ₁、S ₂都闭合时，A ₂读数为1.25A，V ₁读数为6V，小灯泡L恰好正常发光，求定值电阻R ₁的阻值和小灯泡的额定功率。

（2）当S ₁、S ₂都断开时，为保证各表的安全使用，求滑动变阻器允许连入电路的阻值范围。

（3）当S ₁、S ₂都断开时，在各表均能正常工作的情况下，求小灯泡L消耗的最大功率与最小功率之比是多少？该电路通电80s至少能产生多少热量？

在图甲所示的电路中，电源电压为6伏且保持不变，滑动变阻器 $R_1$标有“ $100\Omega$ $2A$”字样。闭合开关 $S$后，电流表 $A_1$和 $A_2$的示数分别如图乙所示。求：

（1）电阻 $R_2$的阻值。

（2）通电10秒钟，电流通过电阻 $R_2$所做的功 $W_2$。

（3）重新移动滑动变阻器 $R_1$的滑片 $P$，使两个电流表指针偏离零刻度的角度恰好相同，求此时变阻器 $R_1$消耗的功率 $P_1$。

小明探究电流与电压的关系，实验前他猜想：通过导体的电流可能与其两端的电压成正比，为此，他利用电阻箱代替定值电阻设计了如图甲所示的电路，已知电源电压恒为 $6V$，电阻箱 $R_1$规格“ $0~999.9\Omega$”，滑动变阻器 $R_2$的规格“ $100\Omega 1A$”。

（1）图乙是小明连接的实物电路，请在图中补画一根导线，使之成为完整实验电路，要求：滑片 $P$向右移动时， $R_2$接入电路的电阻变大。

（2）正确连接电路后，调节两变阻器的阻值至最大并闭合开关，发现两电表示数均为零，则电路故障可能为　　。

$A$． $R_1$短路 $B$． $R_1$断路 $C$． $R_2$短路 $D$． $R_2$断路

（3）排除故障后，他调节 $R_1$和 $R_2$的阻值，进行了第一次实验，两电表的示数如图丙所示，则对应的电压、电流值分别为　　 $V$、　　 $A$。

（4）接着他保持开关闭合及 $R_2$的滑片位置不动，调节 $R_1$的阻值，又测得了三组数据，如表。他分析实验数据后发现，通过 $R_1$的电流与其两端的电压不能正比，请指出他在操作中存在的问题：

实验次数	电压 $U/V$	电流 $I/A$
1
2	4.0	0.20
3	4.5	0.15
4	5.0	0.10

①　　；②　　。

（5）正在小明准备重新实验时，同组的小华巧妙处理了实验数据，作出了某个元件的 $I-U$图象，顺利得出了正确结论。

①请你帮小华在图丁中画出该图象；

②根据图象得出的结论是　　。

在“测量小灯泡的功率”的实验中。

（1）小明设计了如图甲所示的电路图。按照电路图，已完成部分实物电路连接（如图乙所示）。根据图乙中的信息，电压表量程应选 $0~$　　 $V$；若开关闭合后，向左移动滑动变阻器滑片 $P$，能使电路中电流变大，应将开关右侧接线柱与滑动变阻器的　　（选填“ $A$”、“ $B$”、“ $C$”或“ $D$” $)$接线柱相连。

（2）正确连接好电路，闭合开关后发现：小灯泡不亮，电流表示数为零，而电压表示数接近电源电压，经检查，电流表是完好的，仅滑动变阻器或小灯泡存在故障，则电路中的故障是　　。排除故障后，闭合开关，仍发现小灯泡不亮，电流表指针偏转很小，要使该小灯泡发光只需　　

（3）观察小灯泡在不同电压下的亮度，读出电压表，电流表示数，实验记录见表：

实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	小灯泡亮度	实际功率 $P/W$
1	2	0.18	偏暗	0.36
2	2.5	0.2	正常发光	0.5
3	3		偏亮

①由表格可知：该小灯泡额定电压为　　 $V$。

②当小灯泡两端电压为 $3V$时，小灯泡偏亮，小明担心灯丝会烧断，于是立即断开开关，未读取电流表示数。同组的小华观察到当时电流表指针的位置如图丙所示，则通过小灯泡的电流为　　 $A$，小灯泡的实际功率为　　 $W$。

（4）本实验电路除了能测出小灯泡的功率，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究电流与电压的关系，你认为　　同学的观点是错误的，理由是：　　

如图所示的电路中，电源电压为 $9V$，灯泡 $L$上标有“ $6V1.2W$”的字样，闭合开关 $S$，灯泡恰好正常发光，求此时：

（1）通过灯泡 $L$的电流；

（2）电阻 $R$的阻值；

（3）整个电路消耗的电功率。

如图甲所示，是一种自动测量油箱内油量的装置，油量表（由电流表改装而成）的指针能指示油箱内油的多少。当油箱加满油时，浮标通过杠杆使滑片恰好移至变阻器的最下端；当油箱油量减少到 $5L$时，油量表就会发出警告。油的体积 $V$和变阻器接入电路的电阻 $R$的关系如图乙所示，电源电压恒为 $6V$，定值电阻 $R_0$的阻值为 $100\Omega$．闭合开关 $S$，求：

（1）当油箱加满油时电路中的电流；

（2）油箱内油量剩余一半时变阻器 $R$两端的电压；

（3）油量表刚报警时 $R_0$的功率。

如图1为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为 $220V$，水箱装水最多 $0.3\mathit{kg}$，加热功率有大小两个挡位，设计师最初设计的内部电路有如图2甲、乙两种接法，其中电热丝 $R_1=56\Omega$， $R_2=44\Omega$。

（1）高温水蒸气熨烫衣服时，水蒸气遇到衣服迅速　　成小水珠，放出热量，将衣服熨平（填物态变化名称）；

（2）如果选择甲电路，电路中最大电流为　　 $A$，如果选择乙电路，电路中最大电流为　　 $A$，由于两个电路中所选熔断器里的熔丝允许通过的最大电流为 $8.2A$，故设计师最终选择了甲电路；（计算结果保留一位小数）

（3）请分别计算这款挂烫机两个挡位的额定功率；

（4）若将水箱中 $0.22\mathit{kg}$的水从 ${25}^{°}\text{C}$加热到 ${100}^{°}\text{C}$，挂烫机至少需要加热多长时间？ $[$水的比热容 $c=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)]$。

在综合实践活动中，科技小组设计了一个由压敏电阻控制的报警电路如图所示，电源电压恒为 $18V$，电阻箱最大阻值为 $999.9\Omega$．报警器（电阻不计）通过的电流达到或超过 $10\mathit{mA}$会报警，超过 $20\mathit{mA}$会损坏。压敏电阻 $\mathit{Rx}$在压力不超过 $800N$的前提下，其阻值随压力 $F$的变化规律如下表所示。

压力 $F/N$	0	50	100	150	200	250	300	$\dots$
电阻 $\mathit{Rx}/\Omega$	580	560	540	520	500	480	460	$\dots$

（1）为不损坏元件，报警电路允许消耗的最大功率是多少？

（2）在压敏电阻 $\mathit{Rx}$所受压力不超过 $800N$的前提下，报警电路所选滑动变阻器的最大阻值不得小于多少？

（3）现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $200N$时，电路报警按照下列步骤调试此报警电路：

①电路接通前，滑动变阻器滑片 $P$置于 $b$端；根据实验要求，应将电阻箱调到一定的阻值，这一阻值为　　 $\Omega$；

②将开关向　　端（填数字）闭合，调节　　，直至　　；

③保持　　，将开关向另一端闭合，报警电路即可正常使用。

（4）对（3）中已调试好的报警电路，现要求压敏电阻受到的压力达到或超过 $700N$时，电路报警，若电源电压可调，其它条件不变，则将电源电压调为　　 $V$即可。

如图所示的电路，电源电压保持不变，定值电阻 $R_1$的阻值为 $20\Omega$．闭合开关，调节滑动变阻器 $R_2$的电阻，当滑片 $P$从一端移动到另一端时，电流表的示数变化范围为 $0.1A~0.5A$．求：

（1）电源电压；

（2）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）通过计算说明滑动变阻器接入电路的电阻为多大时，它消耗的功率最大，并求出最大功率。

现有 $A$、 $B$、 $C$三只灯泡已知 $A$灯标着 $6V3W$， $B$灯标着“ $6V6W$， $C$灯只能看清其铭牌上的额定电压为 $6V$．通过 $A$灯和 $B$灯的电流随两端电压变化关系的图象如图甲所示。则：

（1）将 $A$、 $B$两灯并联接在电压为 $6V$的电源， $20\mathit{min}$内电路消耗的电能是多少焦？

（2）将 $A$、 $B$两灯串联接在电压可调的电源两端，使 $A$灯恰好正常发光，此时 $A$、 $B$两灯的总功率是多少？

（3）如图乙所示将 $C$灯和一个滑动变阻器 $R$接入到另一个电源电压恒定的电路中，当闭合开关 $S$滑动变阻器滑片位于中点时灯泡正常发光，此时灯泡的电功率为 $P$；当滑片位于最右端时灯泡实际电功率为 $P\text{'}$，已知 $P:P\text{'}=16:9$，求此电路的电源电压是多少？（设 $C$灯的电阻始终不变）

现有规格分别为“ $6V3W$”和“ $6V6W$”两个小灯泡 $L_1$、 $L_2$，已知它们的电流与电压间关系如图所示。

（1）由图可知， $L_1$、 $L_2$的灯丝电阻都随电流的增大而　　（选填“增大”“减小”或“不变” $)$。

（2）若将 $L_1$、 $L_2$并联接在学生电源间，电源电压调节为6伏，通电5分钟，则两灯泡消耗的总电能为多少焦？

（3）若将 $L_1$、 $L_2$串联接在学生电源间，调节电源电压，在保证每个灯泡两端电压不超过其额定电压的情况下， $L_1$、 $L_2$消耗的实际总功率最大值是多少？

某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。它们的材料相同，外形都如图甲所示，他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。在老师的帮助下，他们测量了部分导体厚度 $h$、边长 $a$和电阻 $R$，并记录在表格中。（在测量电阻时，老师要求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路；实验时环境温度保持不变。 $)$

根据以上信息，请回答下面问题：

（1）分析表格中的数据可得：该种导体电阻大小与边长 $a$　　（选填“有关”或“无关” $)$，与厚度 $h$成　　（选填“正比”或“反比” $)$。

（2）从该种导体中，选取了厚度 $h$之比为 $2:3$、边长 $a$之比为 $2:1$的两个导体 $R_1$、 $R_2$，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为 $U_1$， $R_2$两端的电压为 $U_2$，则 $U_1:U_2=$　　。

（3）现代集成电路技术需要电子元件微型化，且集成度越高，电子元件越需要微小。现某集成电路需要一只阻值为 $1.6\times {10}^{-3}\Omega$的该种导体，小华从边长 $a$为 $5\mathit{mm}$、 $10\mathit{mm}$、 $15\mathit{mm}$、 $20\mathit{mm}$的四个导体中选择了边长为 $5\mathit{mm}$的导体。与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：　　。

次数	厚度 $h/\mathit{mm}$	边长 $a/\mathit{mm}$	电阻 $R/\times {10}^{-3}\Omega$
1	1	5	1.6
2	1	10	1.6
3	1	15	1.6
4	1	20	1.6
5	2	10	0.8
6	4	10	0.4
7	5	10	0.32

小萍同学想利用如图甲所示电路研究通过小灯泡（额定电压为3伏）的电流与它两端电压的关系。她根据图甲完成图乙的部分连接，待连接完整后，移动滑动变阻器滑片，记录了多组数据，作出了图像 $a$ ，还作出了电流大小与电源电压大小的关系图像 $b$ （如图丙所示）。（已知滑动变阻器最大阻值为20欧）。

（1）根据图甲将图乙中的实物图连接完整。（要求：滑动变阻器滑片向右移动，小灯泡变亮）

（2）根据图像 $a$ ，描述通过小灯泡的电流与小灯泡两端电压的关系。 　　

（3）当电流表示数为 $0.12A$ 时，电压表的示数为多少？

（4）图丙阴影部分的面积表示 　　。