初中物理欧姆定律综合题

某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空挡位置。闭合开关 $S$，旋钮绕 $P$转动，实现挡位转换，旋至1档时 $R_1$、 $R_2$同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至2档时 $R_2$和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 $R_1$和 $R_2$均为电热丝，其阻值不受温度影响， $R_1=22\Omega$，主要参数如下表。 $\left(c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)\right)$

$\ast \ast$牌智能滚筒洗衣机
额定电压	$220V$
加热功率	$2400W$
设定温度范围	${30}^{°}\text{C}~{90}^{°}\text{C}$
电动机功率	$240W$
防电墙电阻	$1\times {10}^6\Omega$

（1）洗衣机内注入 $10\mathit{kg}$的水，在额定电压下连续加热1050秒，水温由 ${20}^{°}\text{C}$上升到 ${50}^{°}\text{C}$，此过程中的加热效率是多少？

（2） $R_2$阻值是多少？

（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？

（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 $1\times {10}^5\Omega$，人体的安全电压不高于 $36V$，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。

某科技小组同学发现实验室有一只标有“ $\mathit{Xk\Omega }$”的电阻 $(X$为模糊不清的一个数字），为了测出这只电阻的阻值，他们进行了如下探究：

（1）首先设计的实验电路如图1所示，使用的器材有：两节新干电池、待测电阻 $R_X$、电压表 $V(0?3V$、 $0?15V$量程）、电流表 $A(0?0.6A$、 $0?3A$量程）、滑动变阻器（标有“ $50\Omega 1A$” $)$、开关、导线若干。实验后发现，该方案无法测出电阻 $R_x$的值，其主要原因是　　。

（2）经讨论后他们利用原有器材并补充适当的器材，重新设计测量电阻 $R_x$的实验方案。小李设计的电路图如图2所示，其中定值电阻 $R_0=2\mathit{k\Omega }$．他连接电路后，闭合 $S_1$，断开 $S_2$，想先测出电源电压，但读出电压表示数 $U=2V$，与两节干电池能提供的电压相差很大。请教老师后才知道，电压表相当于一个能显示自身两端电压的定值电阻。则根据小李的测量数据和电源电压（取 $3V)$，可估算出电压表自身的电阻为　　 $\mathit{k\Omega }$。

（3）小组其他同学设计的实验电路如图所示，在电源电压恒定且已测出的条件下，能先测出电压表自身电阻后，再测出 $R_x$阻值的电路是　　。

（4）他们选择正确方案测出 $R_x$的阻值后，又有同学提出，应该通过多次测量求平均值来减小误差。在正确方案的基础上，通过下列操作，能实现多次测量 $R_x$阻值的是　　。

$A$．改变电源电压   $B$．将 $R_0$换成 $50\Omega$的定值电阻   $C$．将电压表换成“ $0?0.6A$”的电流表

如图所示电路，电源电压恒为6V．灯泡L ₁和L ₂分别标有"8V3.2W"和"6V12W"字样，不计温度对灯丝电阻的影响。求：

（1）灯泡L ₁的电阻；

（2）若闭合所有开关，滑片P移至a端时，电流表的示数；

（3）若只闭合开关S、S ₁，移动滑片P使灯泡L ₁消耗的功率为1.25W时，滑动变阻器消耗的功率是多大？

如图所示电路，电源电压保持不变，灯L标有"3V 0.6A"的字样，定值电阻R的阻值为10Ω。设灯丝电阻不变，求：

（1）灯丝电阻；

（2）当开关S ₁闭合、S ₂断开，电流表示数为0.2A时，灯L两端电压；

（3）当开关S ₁、S ₂均闭合时，定值电阻R消耗的电功率。

如图所示的电路，灯泡L标有"6V"的字样，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，当闭合S ₁，断开S ₂，灯泡L恰好正常发光，电流表示数为0.2A；当断开S ₁，闭合S ₂，且滑动变阻器的滑片移到最右端时，电压表读数为4V（假设灯丝电阻不变）求：

（1）电源电压；

（2）R ₀的阻值；

（3）当S ₁、S ₂同时闭合，且滑动变阻器的滑片移到最左端。通电5min整个电路消耗的电能。

实验室有一个电学黑箱，其外形如图1所示，箱体外有四个接线柱，箱盖上有一个塑料滑块。小明请同组的同学一起探究其内部结构，实验室老师提醒他们，内部元件只有一个滑动变阻器和两个定值电阻。滑动变阻器只有两个接线柱接入电路。

经过讨论，全组的意见是：先制作一个探测器，把这个探测器分别与黑箱外的接线柱相连。再根据测出的数据，推测内部的连接情况。

（1）甲组的小李组装了探测器，如图2所示，其中电源电压为 $3V$，电流表量程为 $0-0.6A$．对于其中阻值为 $5\Omega$的电阻 $R$，你认为它的作用是　　。

同学们把探测器的 $E$、 $F$端分别与黑箱的接线柱连接，闭合开关，移动滑块，记下的数据如表：

测试次数	与 $E$、 $F$连接的接线柱	电流表示数 $/A$
第1次	$A$、 $B$	$0.25~0.5$
第2次	$A$、 $C$	$0.12~0.2$
第3次	$A$、 $D$	$0.15~0.3$
第4次	$B$、 $C$	0.2
第5次	$B$、 $D$	0.3
第6次	$C$、 $D$	0.15

（2）在前三次测试中，只有一次未将滑动变阻器调到阻值最大、最小位置。是第　　次。

（3）滑动变阻器的最大阻值为　　；

（4）请在图3中作出箱内各元件连接电路图，并在定值电阻旁标明其阻值。

小芳想了解当滑动变阻器与电阻并联时，调节滑片，电阻中的电流怎样改变。

（1）实验电路图如图甲所示，请在图乙中连接对应的实物图。

（2）改变滑动变阻器接入电路的阻值，记录数据如下表。根据表中数据在图丙的坐标系中画出电阻R的U﹣I图线。

数据序号	1	2	3	4
电压表示数U/V	2.40	1.80	1.20	0.60
电流表A 1示数I 1/A	0.16	0.12	0.08	0.04
电流表A 2示数I 2/A	0.40	0.75	1.14	1.50

（3）某次实验电压表和电流表A ₁的示数如图丁所示，U＝ 　 　V，I ₁＝ 　 　A，I ₂＝0.90A，此时通过滑动变阻器的电流为 　 　A。

（4）此电路不允许滑动变阻器接入电路的阻值为零，原因是 　 　。

如图所示电路，电源电压保持不变，滑动变阻器 $R$’的最大阻值为 $30\Omega$，小灯泡 $L$上标有“ $2.5W$”字样（忽略温度对灯泡电阻的影响）。

（1）滑片移至最右端，闭合开关后，电流表的示数为 $0.3A$，小灯泡的功率为 $0.9W$，求电源电压。

（2）将滑片移至某一位置时，电压表的示数为 $7V$，此时小灯泡正常发光，求小灯泡正常发光时的电流和电路的总功率。

（3）若把小灯泡换成一个定值电阻 $R$，假设电流流过电阻 $R$产生的热量为 $Q$、转化的电能为 $E$、做的功为 $W$，请写出这三个物理量的大小关系。

小明要测量额定电压为 $2.5V$ 的小灯泡正常发光时的电阻，连接的电路如图甲所示。

（1）要用电压表测量小灯泡两端的电压，电路中有一处导线连接错误，请在错误的导线上打" $\times$ "，并用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）实验过程中，当电压表示数为 $2.1V$ 时，电流表示数如图乙所示，为使小灯泡正常发光，应将滑动变阻器的滑片向 　 　移动，当电压表示数为 $2.5V$ 时电流表的指针在图乙指针的位置上偏转了一个小格，则灯丝的电阻约为 　　 $\Omega$ （结果保留一位小数）。

如图甲是某酒精浓度检测仪的原理图。电源电压保持不变， $R_1$为定值电阻， $R_2$为酒精气体敏感电阻，它的阻值随酒精气体浓度变化曲线如图乙。闭合开关，驾驶员呼出的气体中酒精浓度越大， $R_2$的阻值　     　，电压表示数　     　，当电压表示数达到一定值时，检测仪发出报警信号。

用如图甲所示的电路测量定值电阻R _x的阻值。

（1）请用笔画线代替导线将图甲中的实物连接完整（要求滑片P向左移动的过程中电流表示数变小）；

（2）正确连接电路后，闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑片P置于 　 　（选填"A"或"B"）端；

（3）实验时，闭合开关，发现电流表和电压表示数都为0。用一根导线在图甲中先后连接接线柱G与F、F与E时，电压表和电流表示数仍为0，连接接线柱E与D时。电压表和电流表指针明显偏转，则电路的故障是 　 　；

（4）排除故障后继续实验，当电压表示数为2V时，电流表示数如图乙所示，则定值电阻R _x＝ 　 　Ω。

（5）如果没有电压表，电源电压未知，可以用最大阻值为R ₀的滑动变阻器和如图丙所示电路，来测量电阻R _x的阻值。闭合开关后，滑动变阻器滑片在最左端时，电流表示数为I ₁，滑动变阻器滑片在最右端时，电流表示数为I ₂，则电阻R _x＝ 　 　。（用题中所给物理量的符号表示）

我们在实验室常用如图，测量待测电阻 $R$的电阻值。小丽同学说：在电路中，电压表可以当成断路，电流表可以当成短路，根据欧姆定律得到 $R=\frac{U}{I}$，正确读出两个表的读数，就可以精确测量出待测电阻 $R$的电阻值。你认为这种说法是否正确？如果不正确，请判断测量值比真实值偏大还是偏小？通过学过的知识，解释偏大、偏小的原因。

某白炽灯的电流与电压关系如图所示，白炽灯工作时灯丝要达到很高的温度才能发出白光。已知灯丝质量为 $1.5g$，比热容为 $c=0.14\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$。求：

（1）灯丝的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高的 ${2020}^{°}\text{C}$，需要多少热量？

（2）上述过程中，若电能转化为热能的效率为 $80\%$，则灯泡消耗的电能是多少？

（3）要将此灯改装为一个调光台灯接入家庭电路，需要串联一个变阻器，灯泡的功率调到 $15W$时，该变阻器接入电路的阻值应为多大？

如图为某品牌电饭煲的工作电路示意图，开关 $S$可以同时与 $a$、 $b$相连，或只与 $c$相连（红灯，绿灯为指示打，不计电阻）。该电饭煲具有加热、保温功能，在加热档时总功率为 $1540W$，在保温挡时的总功率为 $55W$．请根据以上信息解答下列问题：

（1）将开关 $S$与 $a$、 $b$相连时，　　发光（选填“红灯”或“绿灯” $)$，此时电饭煲处于　　状态（选填“加热”或“保温” $)$

（2）电饭煲处于加热状态时， $R$的电功率为 $P_1$；处于保温状态时， $R$的电功率为 $P_2$， $P_1:P_2=400:1$．请计算电阻 $R_1$的阻值。

（3）如果在不改变原来保温挡和加热档电功率的基础上，要增加一个更大功率的挡位来迅速加热物体，请设计出1种方案，并用简要的文字说明（也可配合作图说明）

电动轮椅为残障人士出行提供了方便。某型号的电动轮椅质量为 $\mathbf{20}\mathit{kg}$ ，轮子与地面的总接触面积为 $\mathbf{20}\mathit{c}{\mathit{m}}^{\mathbf{2}}$ ．其工作原理如图所示，操纵杆可以同时控制 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 两个开关。向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退。已知蓄电池电压为 $\mathbf{24}\mathit{V}$ ，定值电阻 ${\mathit{R}}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\mathbf{20}\mathit{\Omega }$ ， ${\mathit{R}}_{\mathbf{1}}$ 为滑动变阻器。

（1）分别将 ${\mathit{S}}_{\mathbf{1}}$ 和 ${\mathit{S}}_{\mathbf{2}}$ 同时接触对应点 　 　（选填"1"或"2" $\mathrm{}\mathbf{)}$ 时。轮椅前进；当轮椅后退时，电流表示数 　　（选填"大于"、"小于"或"等于" $\mathbf{)}\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathit{A}$ 。

（2）求轮椅静止在水平地面上时对地面的压强。

（3）体重 $\mathbf{600}\mathit{N}$ 的人坐在轮椅上向后拉操纵杆，匀速后退过程中轮椅受到的阻力是总重的0.01倍，求后退 $\mathbf{5}\mathit{m}$ 阻力做功的大小。