决胜2019年中考物理复习必考特色专题:专题14 最值及其范围的物理问题(解析版和原卷版)
【内容简介】一、最值及其范围的物理问题常见类型
1.滑动变阻器接人电路的阻值范围问题
这类问题考查串并联电路的特点和欧姆定律、电功公式、电功率公式的灵活应用,正确的判断滑动变阻器消耗的最大电功率是关键。同时要正确分析在什么情况下,滑动变阻器接入电路的电阻最小,在什么情况下,滑动变阻器接入电路的电阻最大,是需要集中精力来研究的。
2.电源电压调节范围的问题
这类问题涉及滑动变阻器滑片的移动,满足电压表或者电流表的要求,有的需要满足用电器的要求。来讨论电源电压调节的范围。解决问题是离不开欧姆定律的,所以要灵活使用欧姆定律及其变形是关键。
3.电路总电功率最小问题
这类问题主要考查学生对电功率计算公式、欧姆定律计算公式、串联电路分压特点的理解和掌握,知道电路总电阻最大时,消耗总功率最小是解决此题的关键。
4.电路消耗的最大电能问题
当电路中电流最大是,消耗的电能最大,用W大=UI大t 求解;
当电路中电流最大是,消耗的电能最大,用W小=UI小t 求解;
所以解决这个类问题,关键还是在电路电流的问题,进一步来讲,要熟练应用欧姆定律,最后通过讨论电阻的大小,或者说滑动变阻器滑片的移动来落实问题的解决。
二、最值及其范围的物理问题例题解析
【例题1】如图所示电路,电源电压18V恒定不变,小灯泡工标有“12V”的字样,滑动变阻器的规格为“200Ω 1A”,电流表量程“0~0.6A”电压表量程“0~15V”调节滑动变阻器滑片至某一位置时再闭合开关,小灯泡L恰好正常发光,此时电流2s内对小灯泡L做功12J,不考虑温度对电阻的影响。求:
(1)小灯泡L正常发光时的电流;
(2)滑动变阻器接人电路的阻值在什么范围时才能保证电路的安全;
(3)小灯泡L两端电压为何值时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是多少?
答案:(1)小灯泡L正常发光时的电流为0.5A;
(2)滑动变阻器接入电路的阻值在12Ω~120Ω的范围时才能保证电路的安全;
(3)小灯泡L两端电压为9V时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是3.375W。
解析:由电路图可知,灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。
A.灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据W=UIt求出小灯泡L正常发光时的电流;
B.灯泡正常发光时电路中的电流最大,滑动变阻器接入电路中的电阻最小,根据欧姆定律求出电路中的总
由W=UIt可得,小灯泡L正常发光时的电流:
IL===0.5A;
(2)因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为0~0.6A,变阻器允许通过的最大电流为1A,
所以,电路中的最大电流I大=0.5A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,
由I=可得,电路中的总电阻和灯泡的电阻分别为:
R总===36Ω,RL===24Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:
R小=R总﹣RL=36Ω﹣24Ω=12Ω,
当电压表的示数UR=15V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,此时灯泡两端的电压:
UL′=U﹣UR=18V﹣15V=3V,
则电路中的最小电流:
I小===A,
则滑动变阻器接入电路中的最大阻值:
R大===120Ω,
则滑动变阻器接人电路的阻值在12Ω~120Ω的范围时才能保证电路的安全;
(3)滑动变阻器消耗的电功率:
PR=URI=(U﹣IRL)I=(18V﹣I×24Ω)I=﹣I2×24Ω+18V×I=3.375W﹣24(I﹣A)2,
当I=A时,滑动变阻器消耗的电功率最大,此时灯泡两端的电压:
UL″=IRL=A×24Ω=9V,
滑动变阻器消耗的最大电功率:
PR大=(U﹣UL″)I=(18V﹣9V)×A=3.375W。
【例题2】如图所示电路,电源电压可调,R1=10Ω,小灯泡标有“6V 6W(阻值不变)。滑动变阻器R2上标有“15Ω 2A”的字样,求:
(1)若只闭合S1,调节电源电压,使灯泡L正常工作10s,灯泡消耗的电能。
(2)若只闭合S2,调节电源电压,移动滑动变阻器滑片,电压表示数在1V~3V
之间变化,求电源电压的最大调节范围。
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资料审核:czwlzx
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