初中物理串联电路的电流规律计算题

吴丽设计了一个内有水箱的孵化箱。利用图甲所示电路，对水箱内的水加热。电路中 $R$是阻值恒为 $40\Omega$的发热电阻， $R_0$是阻值恒为 $160\Omega$的调控电阻； $S$为温控开关，当温度等于或低于 ${37}^{°}\text{C}$时闭合，温度等于或高于 ${42}^{°}\text{C}$时断开，使箱内温度维持在 ${37}^{°}\text{C}$到 ${42}^{°}\text{C}$之间；额定电压为 $220V$．请完成下列问题：

（1）在额定电压下，发热电阻 $R$工作的最大发热功率和最小发热功率各为多少瓦特？

（2）设计完成后，吴丽对孵化箱进行了工作测试。从孵化箱温度刚刚变为 ${42}^{°}\text{C}$开始计时，电路中的电流随时间变化的图象如图乙。

ⅰ．测试时的实际电压为多少伏特？

ⅱ．工作测试一个小时，电路消耗的电能为多少度？

ⅲ．已知水的比热容为 $4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$。假设升温过程中，发热电阻发出的热量全部被水吸收，不考虑热量散失，则测试时水箱内水的质量为多少千克？（本小问结果可用分数表示）

如图所示，电源电压恒为 $12V$，小灯泡上标有“ $6V3.6W$“字样且灯丝电阻保持不变，当只闭合 $S$、 $S_1$时，小灯泡正常发光；当所有开关都闭合，滑动变阻器的滑片滑到最右端时，电流表 $A$的示数是 $1.8A$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值；

（2）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值；

（3）小灯泡通电时消耗的最小电功率。

如图（a）所示电路，电源电压保持不变。小灯泡 $L$标有“ $4V0.5A$”字样，电流表量程 $0~0.6A$，电压表量程 $0~3V$，滑动变阻器 $R_1$的最大阻值 $20\Omega$，只闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器滑片 $P$，得到电流表与电压表示数关系如图（b）所示。

求：

（1）小灯泡的额定功率；

（2）电源电压及定值电阻 $R_2$的阻值；

（3）只闭合开关 $S$和 $S_2$，移动滑动变阻器的滑片 $P$，小灯泡 $L$的 $I-U$图象如图（c）所示，在保证各元件安全工作的情况下，滑动变阻器 $R_1$允许的取值范围。

如图所示，小灯泡 $L$标有“ $2.5V1.5W$”的字样，电源电压 $6V$保持不变， $R_2$为定值电阻。

（1）开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$都闭合时， $R_2$消耗的电功率为 $3W$，求 $R_2$的阻值；

（2）闭合 $S$，断开 $S_1$、 $S_2$，移动滑动变阻器的滑片 $P$使小灯泡正常发光，求此时滑动变阻器接入电路的电阻值（计算结果保留整数）。

如图甲所示是某压力测力计的电路原理示意图，图中电源电压为 $6V$（保持不变）；定值电阻 $R_0$的规格是“ $520\Omega 0.01A$”，起保护电路的作用；测力显示器是由电流表改装成的（电阻忽略不计）， $R$是一种新型电子元件，其阻值 $R$随压力 $F$大小变化的关系如图乙所示。求：

（1） $R_0$允许消耗的最大功率是多少？

（2）通过分析图乙，请直接写出电子元件的阻值 $R$随压力 $F$变化的关系式。

（3）该测力计所能测量的最大压力是多少？

（4）若要增大该测力计所能测量的最大压力，请写出一种改进方法。

图甲为自动调温电熨斗，图乙为其简化的电路图，图丙为温控开关，温控开关是由长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的，受热时，由于铜片膨胀得比铁片大，双金属片便向铁片那边弯曲，温度越高弯曲得越明显。双金属片触点 $A$与弹性钢片上的触点 $B$原来是相通的，通电后，指示灯 $L$亮 $(R$为限流电阻），发热板发热，使金属底板温度升高。当温度升高到设定温度时， $A$、 $B$触点分离，电路断开，底板的温度不在升高，随着温度的降低，双金属片逐渐恢复原状， $A$、 $B$触点又重新接触，电路再次接通，底板的温度又开始升高，从而实现自动控温的目的。

（1）该电熨斗的温控开关是依据什么物理知识制成的？

（2）不同织物需要不同的熨烫温度，若需要较高的熨烫温度应如何调节调温旋钮？

（3）若指示灯 $L$采用“ $3V0.03W$”的小灯泡，那么限流电阻 $R$多大才能使小灯泡正常工作？

（4）发热板的额定功率为 $1000W$，则发热板的电阻多大？若要使金属底板的温度由 ${20}^{°}\text{C}$升高到 ${220}^{°}\text{C}$至少需要多长时间？（金属底板的质量为 $1\mathit{kg}$，比热容为 $0.4\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{·}^{°}\text{C}\right)$，不计热量损失）

如图所示，小灯泡 $L$标有“ $6V3W$”的字样，不考虑灯丝电阻的变化，滑动变阻器的最大阻值 $R$为 $24\Omega$，电源电压保持不变。当 $S$闭合， $S_1$、 $S_2$断开，滑片 $P$滑到中点时，小灯泡恰好正常发光。保持滑片 $P$的位置不变，闭合 $S$、 $S_1$、 $S_2$，发现电流表的示数变化了 $1A$．求：

（1）小灯泡正常发光时的电流。

（2）电源电压。

（3）当开关 $S$、 $S_1$、 $S_2$都闭合时，电路消耗总功率的最小值。

已知电源电压 $9V$， $R_1=15\Omega$，电路连接如图所示，将滑动变阻器的滑片 $P$移到图中位置，使变阻器电阻 $R_{\mathit{ap}}=\frac{1}{5}{R}_2$，此时电压表的示数为 $4.8V$．保持原电路不变，如果将电压表换成电流表，求：

（1）电流表的示数。

（2）若移动滑片 $P$到某一点，使滑动变阻器消耗的电功率为 $1.2W$，通过 $R_1$的电流。

在如图甲所示的电路中， $R_0$为定值电阻， $R$为滑动变阻器，电源电压不变，闭合开关 $S$后，调节滑片 $P$从 $a$端移动到 $b$端过程中，电流表示数 $I$与电压表示数 $U$的变化关系如图乙所示。

求：

（1）电路中电流最小时， $1\mathit{min}$内电流通过电阻 $R$做的功；

（2）电源电压和定值电阻 $R_0$；

（3）若电压表量程为 $0~15V$，电流表量程为 $0~3A$，为保证电表正常工作，定值电阻 $R_0$消耗的功率范围。

在如图所示的电路中，电源电压为 $12V$，滑动变阻器的阻值范围在0至 $50\Omega$之间，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器，当滑片 $P$置于滑动变阻器的中点时，电流表的示数为 $0.3A$．求：

（1）定值电阻 $R_1$的阻值；

（2）当滑动变阻器的滑片 $P$置于阻值最大处时，电路的总功率是多少？（得数保留1位小数）

（3）电流表接入电路中的量程是0至 $0.6A$，在不改变电流表量程的情况下，为了保证电流表的安全，滑动变阻器接入电路中的最小阻值是多少？

小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。 $\mathit{OAB}$为水平杠杆， $\mathit{OB}$长 $1m$， $O$为支点， $\mathit{OA}:\mathit{AB}=1:4$，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$，压力传感器 $R$固定放置， $R$的阻值随所受压力 $F$变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。

（1）当电池组电压 $U_0=12V$，平板上物体所受重力分别是 $80N$和 $100N$时，闭合开关 $S$，分别求出电流表的读数。

（2）电池组用久后电压变小为 $U_1$，这时平板上物体重 $100N$时，电流表读数为 $0.3A$，求 $U_1$的大小。

（3）在第（2）问情况中，电池组电压大小为 $U_1$，要求平板上重为 $100N$的物体对应的电流表读数和电池组电压 $U_0=12V$的情况下相同，小明采取了两种解决办法：

①其它条件不变，只更换电阻 $R_0$，试求出更换后的 $R_0\text{'}$的大小。

②其它条件不变，只水平调节杠杆上触点 $A$的位置，试判断并计算触点 $A$应向哪个方向移动？移动多少厘米？

某同学设计了一个利用如图1所示的电路来测量海水的深度，其中 $R_1=2\Omega$是一个定值电阻， $R_2$是一个压敏电阻，它的阻值随所受液体压力 $F$的变化关系如图2所示，电源电压保持 $6V$不变，将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中，放入海水中保持受力面水平，且只有一个面积为 $0.02m^2$的面承受海水压力。（设海水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）当电流表示数为 $0.2A$时，求压敏电阻 $R_2$的阻值；

（2）如图2所示，当压敏电阻 $R_2$的阻值为 $20\Omega$时，求此时压敏电阻 $R_2$所在深度处的海水压强；

（3）若电流表的最大测量值为 $0.6A$，则使用此方法能测出海水的最大深度是多少？

如图所示，电源电压保持不变，闭合开关 $S_1$、 $S_2$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $a$端时，灯泡正常发光，电压表 $V$的示数为 $6V$，电流表 $A_2$的示数为 $0.4A$，只闭合开关 $S_1$，将滑动变阻器的滑片 $P$移到 $b$端时，电流表 $A_1$的示数为 $0.2A$，灯泡的实际功率为 $0.4W$（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值；

（2）灯泡 $L$的额定功率；

（3）滑动变阻器 $R_2$的最大阻值。

如图所示电路中，电源电压保持恒定，电阻 $R_1$的阻值为 $10\Omega$，电阻 $R_2$的阻值为 $40\Omega$，只闭合开关 $S$和 $S_1$，将滑动变阻器 $R$的滑动触头从最左端移到最右端的过程中，电流表的示数为 $0.2A$逐渐增大到 $0.6A$，求：

（1）电源的电压 $U$；

（2）滑动变阻器 $R$的最大阻值；

（3）要使整个电路消耗的电功率为最大，请写出开关 $S_1$、 $S_2$的开闭状态和滑动变阻器滑片 $R$的滑动触头所在位置，并计算出电功率的最大值。

如图甲所示，电源电压保持不变，小灯泡 $L$正常发光时的电阻为 $6\Omega$，闭合开关 $S$，调节滑动变阻器的滑片 $P$，从最上端 $a$滑至最下端 $b$的过程中，电流表示数与两电压表示数的关系图像如图乙所示。

求：（1）小灯泡的额定功率和定值电阻 $R_0$的阻值；

（2）滑动变阻器的最大阻值；

（3）电路总功率的变化范围。