初中物理欧姆定律的应用综合题

某安全设备厂研发了一种新型抗压材料，要求对该材料能承受的撞击力进行测试。如图甲所示，材料样品（不计质量）平放在压力传感器上，闭合开关 $S$ ，将重物从样品正上方 $h=5m$ 处静止释放，撞击后重物和样品材料仍完好无损。从重物开始下落到撞击样品，并最终静止在样品上的过程中，电流表的示数 $I$ 随时间 $t$ 变化的图像如图乙所示，压力传感器的电阻 $R$ 随压力 $F$ 变化的图像如图丙所示。已知电源电压 $U=12V$ ，定值电阻 $R_0=10\Omega$ ，重物下落时空气阻力忽略不计。求：

（1）重物下落时，重物作 　　速直线运动，其重力势能转化为 　　能；

（2） $0~t_1$ 时间内，重物在空中下落，电流表示数是 　　 $A$ ，压力传感器的电阻是 　　 $\Omega$ ；

（3） $t_1~t_3$ 时间内，重物与样品撞击，通过电流表的最大电流是 　　 $A$ ，样品受到的最大撞击力是 　　 $N$ ；撞击后重物静止在样品上，定值电阻 $R_0$ 的功率是 　　 $W$ ；

（4）重物在空中下落的过程中，重力做功是多少？

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？

某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图所示。控制电路电源电压为8V，R为变阻器，R_t为热敏电阻、R_t阻值与箱内气温关系如下表所示。工作电路电源电压为220V，R₀为电热丝，阻值恒为88Ω，M为电风扇，铭牌上标有“220V 20W”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到0.025A时，衔铁被电磁铁吸住，工作电路处于待机状态，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放，工作电路处于加热状态。

t/℃	30	40	50	60	70
Rt/Ω	305	245	200	170	150

（1）将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时，箱内气温最高可达多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）

（2）重新调节变阻器R，同时闭合开关S₁、S₂，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝R₀加热空气的效率为80%，衔铁每次被吸住的时长均为300s，箱内空气质量恒为2.2kg、比热容为1×10³J/（kg•℃）。求开关S₁、S₂闭合20min内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇M产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）

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。

如图所示的电路，灯 $L$标有 $3.8V$字样，电源电压恒为 $6V$。

（1）当 $S_1$、 $S_2$均断开，滑片 $P$移至最左端时，电流表的示数为 $0.6A$，求电阻 $R_1$的阻值。

（2）当 $S_2$断开， $S_1$闭合，移动滑片 $P$使电流表的示数为 $0.38A$，灯正常发光：保持滑片不动， $S_1$断开、 $S_2$闭合，电流表的示数变为 $0.58A$，求灯的额定功率。

（3）当 $S_1$， $S_2$均断开，移动滑片 $P$在 $a$点时，滑动变阻器接入电路中的电阻为 $R_a$，滑动变阻器消耗的功率为 $P_a$；移动滑片 $P$在 $b$点时，滑动变阻器接入电路中的电阻为 $R_b$，滑动变阻器消耗的功率为 $P_b$，且 $R_b=4R_a$， $P_b=P_a$，求 $R_a$。

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。

如图甲是一种测定油箱内油量的装置，其中 $R$是滑动变阻器的电阻片，滑动变阻器的滑片跟滑杆连接，滑杆可以绕固定轴 $O$转动，另一端固定着一个浮子。油箱中的油量减少时，油面下降，浮子随液面落下，带动滑杆使滑动变阻器滑片向上移动，从而改变了电路中电流表的示数。因此，电流表上一定的示数便对应着油面的一定高度，把电流表刻度盘改为相应的油量体积数，就可以直接读出油箱中的油量，其中浮子应用了　   　条件。如果把量程足够大的电压表改装成油量表，要求油量增加时，电压表的读数也增加，电压表应接在甲图中　　两端（按图中所标示字母填写）。

小军在以上设计的启发下，设计了一种测量体重的装置（如乙图所示），当没有测体重时，滑片 $P$在图中绝缘体处，绝缘体使电路　　（选填“切断”或“接通” $)$，电路中 $R_1$的作用是　　，在称量过程中，弹簧（在弹性限度内）的弹性势能随称量物体的重力增大而　　（填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

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。

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。

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，电源电压为 $6V$，小灯泡上标有“ $2V0.4W$”字样，小灯泡电阻不变。闭合开关后，滑动变阻器的滑片移动到中点位置时，小灯泡正常发光。求：

（1）小灯泡的电阻；

（2）滑片移动到中点位置时，滑动变阻器接入电路的电阻值；

（3）滑动变阻器的滑片移动到最右端后，通电 $10s$小灯泡产生的热量。

如图所示，电源电压保持不变，小灯泡 $L$上标有“ $6V$、 $2W$”字样，当 $S_1$和 $S_2$同时闭合时，电流表的示数为 $0.5A$；当只闭合 $S_1$时，电压表的示数为 $3V$，此时 $R_1$消耗的功率为 $0.4W$．求：

（1）小灯泡正常工作时的电阻值；

（2） $R_1$的阻值。

如图甲所示，电阻 $R_1=30\Omega$，滑动变阻器 $R_2$的最大阻值为 $60\Omega$，电源两端电压为 $6V$。

（1）电路连接中， $S$应处于断开状态， $R_2$的滑动触头 $P$应滑至　      　（选填“最左端”或“最右端”或“任意位置”）；

（2）计算通过电路中电流的变化范围；

（3）通过计算推导电阻 $R_2$电功率与电流的正确函数关系式，并在图乙中画出电阻 $R$电功率与电流变化的函数图象（自己按需求填写最小分度值，并标出特殊点的数值）。

在赤峰市某中小学科技小制作活动中，小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯，原理图如图所示，其中灯泡 $L$上标有“ $6V6W$”字样。当开关 $S$接 $a$时， $L$恰好正常发光；当开关 $S$接 $b$时， $L$中的电流为 $0.2A$． $R_1$为定值电阻，且电源电压和小灯泡 $L$电阻保持不变。求：

（1）小灯泡 $L$的电阻及电源电压；

（2） $R_1$的阻值；

（3）开关 $S$接 $b$时，小灯泡 $L$的实际功率；

（4）开关 $S$接 $b$时， $10s$时间内 $R_1$上产生的热量。

马剑同学利用如图甲所示电器，测定自己制作的玩具小飞机所需要的电动机工作数据，已知电源电压恒定，当滑动变阻器滑片从一端滑至另一端的过程中，两个电压表的读数与电流表的读数变化关系如图乙所示，当通过电动机的电流大于 $0.4A$时，电动机转子才转动。

（1）开关 $S$闭合前，滑动变阻器滑片应滑至最　      　端（选填“左”或“右”）；由图可知电源电压为　      　 $V$，其中　　     （选填“ $a$”或“ $b$” $)$是表示 $V_1$与 $A$变化的规律；

（2）求电动机线圈的电阻和滑动变阻器的最大阻值；

（3）在这个过程中，求电动机的最大输出功率；当电动机输出功率最大时，求电动机的效率。