初中物理欧姆定律综合题

小明自己设计并动手将房间里的窗帘改成电动窗帘。为此他购置了微型电动机及减速装置、电源、双刀双掷开关、滑轮、皮带、拉绳等器材，对原有的窗帘盒进行改造。
1．如图22甲所示，小明在窗帘盒（上方的双虚线框）内安装了电动装置，电动装置通过拉绳拉着窗帘一起运动。改变通过微型电动机的电流方向，就可改变其转轴转动的方向，从而将窗帘打开或关闭。利用双刀双掷开关，可以实现电源对电动机供电电流方向的改变。请你在图22甲右侧的虚线框内，完成电源、双刀双掷开关和接线柱间的电路连接。
2．电动机的转速一般很高，需要安装减速装置，如图22乙所示。请说明减速装置的减速原理。
3．下表是所使用的微型电动机的部分数据。表格中，额定功率是“电动机在额定电压和额定电流下工作时的输出功率”，堵转电流是“在额定电压下，让电动机的转轴固定不动时的电流”。

请根据表中的有关数据计算：
（1）以额定功率运行时，该电动机的效率为多少？
（2）电动机的额外功率主要由热损耗和机械损耗造成，请分别求出以额定功率运行时，该电动机的热损耗功率和机械损耗功率？
（3）在图22甲中，减速装置、飞轮、皮带、滑轮、拉绳共同构成了传动装置。已知每半边的窗帘滑轨长度为1.5m，要求自动窗帘能够在6s内从完全关闭到完全打开。
拉动半边窗帘时，挂钩和滑轨间的平均摩擦力为2N。则安装电动窗帘时，对传动装置的机械效率有何要求？

在如图所示的电路中，电源电压为8V，滑动变阻器R₂的最大阻值为60Ω，电流表的量程为0~0.6A，电压表的量程为0~15V。求（注：求解时画出相应的等效电路图）：
（1）只闭合开关S₁时，电流表示数为0.2A。则R₁为多少？
（2）只闭合开关S₂时，电压表示数为3.8V，此时小灯泡L正常发光。则小灯泡L的额定功率P_L额为多少？
（3）开关S₁、S₂、S₃都闭合时，为保证各电路元件安全使用，则滑动变阻器R₂的可调范围和电流表相应的变化范围分别是多少？

如图是一种测电阻值大小的“欧姆表”的内部电路图，电源电压为1.5V，定值电阻为R₀＝15W，A、B是两个测电阻的接线柱。当将A、B直接相接，表示被测电阻值为0，此时电路中的电流计正好达到最大值I。若测某一电阻时，可将A、B分别接在待测电阻的两端，读出电流计的电流值I′，由于电流值与电阻值有一一对应的关系，只要将电流计表盘上的电流值换成对应的电阻值，便成了“欧姆表”的表盘。当接入一电阻值为15W的电阻时，求：

（1）此时的电流值，并在表盘上画出它的大致位置；
（2）试用公式推导分析该表盘电阻值由小到大的方向；

在图中所示的电路中，电源电压为18伏，定值电阻R₁的阻值为12欧，闭合电键S，电流表的示数为0.5安。电流表、电压表的表盘如图22（a）、（b）所示。求：
① 电阻R₁两端的电压；     ② 电阻R₂消耗的电功率；
③ 现有两个滑动变阻器，A：“50欧 2安”和 B：“150欧 1安”，请选择其中一个替换定值电阻R₁或R₂。 要求：选择适当的量程，闭合电键后，移动变阻器的滑片，在保证各元件都能正常工作的情况下，使电流表和电压表V₁都能达到各自的最大值，且使电压表V₂的变化量最大。
第一，为满足上述要求，应选用滑动变阻器__________（选填“A”或“B”）替换定值电阻___________________（选填“R₁”或“R₂”）。
第二，算出电路中电压表V₂的最大变化量 △U₂。

小阳利用磁敏电阻为他的自行车设计了一个速度计，磁铁固定在自行车的辐条上，磁敏电阻固定在自行车的后车架上，安装示意图如图甲，工作电路如图乙，已知电源电压为6V恒定不变．当磁铁与磁敏电阻Rs靠得最近时阻值为200Ω，磁铁与磁敏电阻Rs离得最远时阻值为400Ω，靠近或远离时的实际电阻在这两者之间变化；当R₀两端电压不低于4.5V时电子计数器就能有效计数，低于4.5V就不能产生计数，车轮每转动一圈就计数一次．
（1）为保证电子计数器有效工作，求出电阻R₀最小阻值．
（2）某次行驶中，小明发现5分钟恰好完整计数了300次，车轮的周长为3m，求出这段时间内自行车行驶的平均速度。

下图甲为某电热水器的原理图（其铭牌如下表），其中低压控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，电源电压U₁恒为6V．热敏电阻R和高压工作电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中．已知R₁＝33Ω、R₂＝66Ω、R₃＝154Ω、U₂＝220V．当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通．

储水箱额定水量	55kg
额定电压	220V
加热功率	2200W

（1）当衔铁位于图甲所示位置时，高压工作电路中的总电阻为         Ω，此时电路处于       （选填“加热”或“保温”）状态．
（2）当电热水器在加热状态下正常工作时，给满水箱中的水加热，使其从25℃升高到45℃，需用时50min.求此加热过程中：
①水吸收的热量；
②电热水器的加热效率．【水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）】   
（3）热敏电阻中允许通过的最大电流I₀＝15mA，其热敏电阻R随温度变化的规律如图乙．为保护热敏电阻R使低压控制电路正常工作，保护电阻R₀的阻值至少为多大?

如图所示，滑动变阻器 $R$的最大阻值为 $20\Omega$，将其滑片移到 $b$端，闭合开关 $S$，电流表的示数为 $0.3A$，小灯泡的实际功率为 $0.9W$，闭合开关 $S$，将滑动变阻器滑片移到 $a$端，小灯泡恰能正常发光。不考虑灯丝电阻的变化，电源电压恒定，求：

（1）小灯泡的阻值和电源电压；

（2）小灯泡的额定功率；

（3）滑动变阻器 $R$的最大功率。

传感器可以把力学物理量转化成电学信号，然后通过相互之间的函数关系，直接引用力的大小。测量压力大小的压力传感器，工作原理如图所示，其中 $M$、 $N$均为绝缘材料， $M$、 $N$间有可收缩的导线（电阻大小不计），弹簧上端和滑动变阻器 $R_2$的滑片 $P$固定在一起，电源电压恒为 $12V$，已知压力 $F$的大小与 $R_2$的阻值大小成正比例关系。闭合开关 $S$，压力 $F_0=0$时，滑片 $P$在最上端；压力 $F_1=1N$时，电流表示数为 $1A$，电压示数为 $3V$，当滑片 $P$滑至最下端时，电压表示数为 $7.5V$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的大小；压力 $F_1$与 $R_2$阻值之比 $k$；

（2）当滑片 $P$滑至最下端时，压力 $F_2$的大小；

（3）压力 $F$的大小与电压表示数之间的函数关系表达式。

为测量一定值电阻的阻值，某实验小组选用的实验器材有：待测电阻R _x、两节干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线若干。

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）小组设计了一个记录与处理数据的表格，请将如表中①②处的内容填写完整。

实验次数	①	②	电阻R/Ω
1
2
3

（3）某次测量时，电压表示数为2.5V，电流表指针位置如图乙所示，则电流表示数为 　       　A，本次测得R _x的阻值为 　       　Ω。

（4）本实验进行了多次测量，其目的与下列实验中多次测量的目的相同的是 　       　（填字母代号）。

A.用刻度尺测量铅笔的长度

B.测量小灯泡的电阻

C.测量小灯泡的电功率

（5）他们又对实验进行了拓展，利用电源（电压未知且恒定不变）、阻值已知为R ₀的定值电阻、电压表、开关等器材，设计了如图丙所示的电路，也测出了R _x的阻值，请你完成下列实验步骤：

①闭合开关S ₁，断开S ₂，读出电压表的示数U ₁；

② 　       　，读出电压表的示数U ₂；

③待测电阻的阻值R _x＝ 　       　（用已知量和测得量的字母表示）

小明利用图1所示的电路来探究串联电路的部分特点，已知R ₁＝2Ω、R ₂＝4Ω、R ₃＝5Ω、R ₄＝10Ω，电源电压可调。

（1）请根据图1所示电路图用笔画线代替导线将图2所示实物图补充完整。（此时电源电压为3V）

（2）电路连接完成后，闭合开关S，发现电压表、电流表均无示数；小明又将电压表并联在R ₂两端，闭合开关S，发现电压表有示数、电流表无示数。则电路中一定存在的故障是 　 　（选填字母）。

A.R ₁处短路

B.R ₂处断路

C.电流表处短路

（3）排除故障后，继续实验，实验中，小明调节了电源电压，换用了规格不同的电阻，分别将电压表并联在AB、BC和AC两端，收集的数据如表。

		I/A	U AB/V	U BC/V	U AC/V
1	R 1与R 2串联	0.5	1	2	3
2	R 2与R 3串联	0.2	0.8	1	1.8
3	R 3与R 4串联	0.3	1.5	3	4.5
4	R 1与R 4串联		1	5	6

①表格中第4次实验空格处的数据为 　 　。

②探究串联电路中电压的关系时，分析表中数据可得其规律是 　 　。

③探究串联电路中电阻的关系时，分析表中数据可得其规律是 　 　。

④探究串联电路中电压与电阻关系时，分析表中数据可得其关系是 　 　。

【拓展】完成实验后，小红连接了如图3所示电路，已知R _x＞R ₁。调整电源电压，将电压表分别并联在AB、BC和AC两端，电压表指针三次偏转中，其中一次满偏，一次偏转的角度为满偏的三分之二。则所有符合上述情况的R _x的最大值与最小值之比是 　 　。

图甲是办公室和教室常用的立式饮水机，图乙为饮水机的铭牌参数，图丙为饮水机内部简化电路图。 $S$是温控开关， $R_1$是调节电阻，其阻值为 $198\Omega$， $R_2$是供热电阻。

型号	$\mathit{YSJ}-66$
额定电压	$220V$
加热功率	$2200W$
水箱容积	$2L$
频率	$50\mathit{Hz}$

（1）当开关　      　时（选填“断开”或“闭合”），饮水机处于加热状态。

（2）现将装满水箱的水烧开，水吸收的热量是多少？ $[$水的初温为 ${20}^{°}\text{C}$，在1标准大气压下， $c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3]$

（3）当饮水机处于保温状态时，供热电阻的功率是多少？

如图所示，电源电压 $4.5V$保持不变，电流表的量程为 $0~0.6A$，电压表的量程为 $0~3V$，灯泡 $L$标有“ $3V1.5W$”字样，滑动变阻器 $R$标有“ $20\Omega 1A$”字样。闭合开关 $S$，调节滑动变阻器滑片 $P$，使灯泡正常工作，不考虑灯丝电阻的变化。求：

（1）灯泡正常工作时的电流和电阻；

（2）灯泡正常工作 $1\mathit{min}$所放出的热量；

（3）在保证电路安全的条件下，滑动变阻器连入电路的电阻变化范围。

在我们使用电器的时候，按一下遥控器的待机键，电器即进入等待开机的状态，即为待机模式。有的电器虽然没有待机按钮，可如果没有切断电源，也相当于处在待机状态。下表是常用家用电器在 $220V$电压下的工作功率和待机功率。

电器种类	空调	电视机	机顶盒	洗衣机
工作功率（瓦 $)$	2600	150	15.4	500
待机功率（瓦 $)$	1.1	0.2	15.2	0.03

请回答：

（1）在家庭电路中，机顶盒和电视机　　（选填”串“或”并“ $)$联在火线和零线上。

（2）根据表中数据，电视机的工作电流为　　安。（精确到0.01安）

（3）若机顶盒每天处于待机状态的时间为20小时，计算1个月（以30天计）机顶盒在待机状态下消耗的电能。

小聪利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯，其工作原理如图所示。工作电路中有两盏规格均为"220V 44W"的灯泡L，天暗时灯自动发光，天亮时灯自动熄灭。控制电路中电源电压U恒为6V，定值电阻R ₀为200Ω。在一定范围内，光敏电阻R的阻值与光照强度E（光照强度E的单位为lx，光越强光照强度越大）之间存在一定关系，部分数据如表所示。电磁铁的线圈电阻忽略不计，当天色渐暗，通过线圈的电流为0.02A时，恰好启动工作电路的照明系统。试问：

光照强度E/lx	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
光敏电阻R/Ω	120	60	40	30	24

（1）随着光照强度减小，光敏电阻R的阻值 　    　（选填"增大"或"减小"），电磁铁的磁性 　    　（选填"增强"或"减弱"），当光照强度减小到一定值时，衔铁会被 　    　（选填"吸下"或"释放"），照明系统启动。

（2）两盏灯均正常发光时，工作电路中的总电流是多少？

（3）照明系统恰好启动时，光敏电阻R的阻值为多少？此时光照强度为多少？

问题解决 $--$制作电子拉力计：

现有如下器材：

一个电压恒为 $12V$的电源；一个阻值为 $20\Omega$的定值电阻 $R_0$；一个量程为 $0~0.6A$的电流表；一个开关；若干导线；一根长为 $8\mathit{cm}$、阻值为 $40\Omega$的均匀电阻丝 $R_1$（它的阻值与其长度成正比）；一根轻质弹簧，一端可以固定，另一端和金属滑片 $P$固定在一起 $(P$与 $R_1$间的摩擦不计），它的伸长量与受到的拉力关系图象如图乙所示。

（1）请利用上述器材制作电子拉力计，在图甲所示方框中画出设计的电路图。

（2）请推导出拉力 $F$与电流表示数 $I$的关系式，并在图丙所示的电流表表盘上标出拉力为 $0N$， $20N$， $40N$对应的刻度值。