初中物理欧姆定律的应用综合题

小王同学在科技创新活动中设计了一个可以测量金属滑片旋转角度的电路。如图1所示，把电阻丝 $\mathit{EF}$弯成半圆形（电阻丝的电阻与其长度成正比）， $O$为圆心， $\mathit{OP}$为一能够绕圆心 $O$转动的金属滑片， $P$与 $\mathit{EF}$接触良好。如图2所示， $A$为电流表（可选择 $A_1$：量程为 $100\mathit{mA}$、内阻 $r_1=4\Omega$或 $A_2$：量程为 $20\mathit{mA}$、内阻 $r_2=18\Omega )$； $R$为滑动变阻器，阻值变化范围为 $0~100\Omega$，保护电阻 $R_0=40\Omega$，理想电源电压 $U=1.5V$不变，电流表可看成一个能显示通过自身电流大小的定值电阻。

选择合适的电流表，把 $E$、 $O$两个接线柱分别与 $M$、 $N$相接，为了从电流表上直接读出 $\mathit{OP}$的旋转角度。请完成以下内容：

（1）连接好电路后，将 $\mathit{OP}$转到 $E$端，闭合开关 $S$，再调节滑动变阻器 $R$使电流表示数为最大刻度值，此时电流表指针所指位置处标注的读数是0度。则电流表应选择　　（选填“ $A_1$”或“ $A_2$” $)$

（2）保持滑动变阻器滑片位置不变，把 $\mathit{OP}$转到 $F$端，电流表的示数为 $7.5\mathit{mA}$，此时电流表指针所指的位置处标注的读数是180度，则电流表最大刻度的一半处应标注的读数是　　度；电流表刻度值为　　 $\mathit{mA}$处，应标注的读数是36度。

（3）在完成其它标注后，小王同学发现表盘新的 刻度值不均匀，为帮她解决这个问题，同学们用理想电压表设计了如下四个改进的电路，其中可行的两个是　　。

如图甲电路，电源电压 $U$保持不变， $R_1$和 $R_2$为定值电阻， $R_3$为滑动变阻器。开关 $S$闭合、 $S_1$断开、 $S_2$置于 $a$时，调节滑动变阻器，电压表 $V_1$的示数与电流表 $A$的示数关系图线如图乙的Ⅰ所示；开关 $S$和 $S_1$闭合、 $S_2$置于 $b$时，调节滑动变阻器，电压表 $V_2$的示数与电流表 $A$的示数关系图线如图乙的Ⅱ所示。

请画出该题的各个等效电路图。求：

（1）电阻 $R_1$的阻值。

（2）电源电压 $U$和电阻 $R_2$的阻值。

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。

甲、乙两地相距 $100\mathit{km}$，在甲、乙两地之间沿直线架设了两条用同种材料制成的粗细均匀的输电线，投入使用前，需要对输电线进行测试。技术人员在甲地用电源、电压表和电流表接成如图所示电路进行测试，当在乙地输电线两端接入阻值为 $10\Omega$的电阻时（图中未画出），电压表示数为 $5.0V$，电流表示数为 $0.10A$；保持电源电压不变，技术人员在某处将输电线线设置成短路（图中未画出），再次测试时，电流表示数为 $0.25A$．求：

（1）甲、乙两地间每条输电线的电阻值；

（2）短路位置离甲地的距离。

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）

如图所示。电源电压 $6V$恒定不变， $R_1$阻值为 $15\Omega$，电流表量程为 $0~0.6A$。

（1）开关 $S$、 $S_1$都闭合，滑片 $P$不能移到 $a$端的原因是会造成电路　　（选填“通路”，“短路”或“断路” $)$；

（2）开关 $S$闭合、 $S_1$断开时，求电流表示数；

（3）开关 $S$、 $S_1$都闭合时，为了电流表不超量程，求变阻器 $R_2$连入电路的最小阻值。

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。

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。

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。

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。

一密封盒内有一定值电阻 $R_1$和一可变电阻 $R_2$（其阻值可调可读，电路符号 $)$，先用一个 $9V$电源和一个电流表探究这两个电阻的连接方式。通电后，将 $R_2$调到 $30\Omega$时，电流表示数为 $1.5A$。

（1）此时电源的输出功率为　　 $W$。

（2）这两个电阻是　　（填“串联”或“并联” $)$的，请在线框中画出盒内的电路图。

（3）求定值电阻 $R_1$的阻值。

某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和恒温两种状态。电路如图甲所示， $S$为开关，双金属开关在温度低时闭合、温度到达一定值时自动断开，降温后再闭合，循环工作起到调节温度作用，指示灯的额定电压为 $200V$，且亮起即正常工作，发热电阻阻值为 $40\Omega$．求：

（1）当指示灯亮时，温度控制器处于　　状态。

（2）指示灯的电阻值。

（3）加热状态时，温度控制器所消耗的电功率。

（4）温度控制正常时，记录灯泡在一段时间内规律性亮灭情况如图乙，则温度控制器1小时所消耗的电能。

某家庭电路如图所示，空调上标有“ $220V$， $880W$”、电视机上标有“ $220V$， $220W$”的字样。求：

（1）电视机正常工作时，它的电流是多少？

（2）图中的两个用电器均正常工作时，电路中的总电阻是多少？

（3）若电视机所在支路发生短路其他支路的用电器　　（选填“能”或“不能” $)$正常工作。

如图所示为“电子秤”的原理图： $A$为托盘， $P$为金属滑片且固定在托盘下的轻质弹簧上，并能随轻质弹簧一起上下滑动，当托盘中不放物体时， $P$位于 $R$的最上端。已知 $R_0=5\Omega$， $R$的最大阻值为 $15\Omega$，电源电压恒为 $3V$．

（1）图中的质量表应该用什么电表改装？　　。

（2）“电子秤”称重物时电路中电流的最小值和最大值分别为多少？

（3）当开关 $S$闭合，不称量重物时，电子秤 $10\mathit{min}$内消耗的电能为多少？