沪科版物理九年级全一册同步提优训练：第十六章电流做功与电功率专题训练极值问题和取值范围问题（有答案解析）

1、专题训练 极值问题与取值范围问题 1.(2021黔东南州)如图所示,电源电压恒为4.5 V,电流表的量程为“00.6 A”,电压表的量程为“03 V”,灯泡L标有“2.5 V1.25 W”字样(设灯丝电阻不变),滑动变阻器R的规格为“20 1 A”。闭合开关,在保证电路安全的情况下,移动滑片P的过程中,下列说法正确的是()A.电流表的示数最大为0.6 AB.滑动变阻器接入电路的最小电阻为4 C.灯泡消耗的最小电功率为0.12 WD.电路消耗的最大电功率为2.7 W2.(2021眉山)如图所示,电源电压为6 V保持不变,R1=3 ,R2=18 ,灯泡L标有“6 V3 W”字样,假定灯丝电阻不变。

2、下列说法中正确的是()A.灯泡L正常工作时的电阻为2 B.当只闭合开关S1时,电阻R1消耗的功率为1.2 WC.如图果开关S1、S2和S3同时闭合,灯泡L短路不工作D.此电路消耗的最大电功率与最小电功率之比为25123.(2021鞍山)如图甲所示的电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,电源电压不变。闭合开关S后,滑动变阻器的滑片P从最左端移动到最右端的过程中,电流表示数I与电压表示数U的变化关系如图图乙所示,则R2的最大阻值为,电路的最大总功率为 W,滑动变阻器的最大功率为W。4.(2021柳州)如图所示,电源电压恒定,R1为定值电阻,灯泡L上标有“6 V3.6 W”字样,将R2的滑片P移

3、至b端,先闭合S、S2,电流表示数I=0.12 A;再将R2的滑片P移至a端,灯泡L正常发光,忽略温度对灯丝电阻的影响。(1)求电源电压U。(2)最后闭合S1,电流表示数变为I=0.9 A,求R1的阻值。(3)若R2的滑片P的位置及各开关状态任意组合,求电路工作时的最小电功率。规律方法含滑动变阻器的串联电路的最大功率或最小功率的限制因素:图例分析电路总功率或灯泡L的电功率最大时,电流最大电路总功率或灯泡L的电功率最小时,电流最小限制因素灯泡L的额定电流、滑动变阻器R允许通过的最大电流、电流表A及电压表V1的最大测量值滑动变阻器R连入电路的最大阻值、电压表V2的最大测量值当R=RL时,滑动变阻器

4、R的功率最大 5.(2020龙东改编)(多选)如图所示,电源电压为6 V保持不变,电阻R1的阻值为5 ,滑动变阻器上标有“10 1 A”的字样。在元件安全的情况下,移动滑动变阻器滑片P过程中,则()A.R1的功率范围0.85 WB.R1的功率范围0.87.2 WC.R2的最大功率是1.8 WD.R2的最大功率为1.6 W6.如图所示,定值电阻R1=10 ,滑动变阻器R2的最大阻值为50 ,电源电压U恒为12 V,闭合开关,滑片P从a端滑到b端的过程中,电流表的示数变化范围为,电压表的示数变化范围为,R2的电功率变化范围为。7.(2021黑龙江)如图所示的电路中,电源电压为4.5 V且保持不变,

5、电流表量程为“00.6 A”,电压表量程为“03 V”,小灯泡标有“3 V1.2 W”字样(不考虑温度对灯丝电阻的影响),滑动变阻器上标有“20 1 A”字样。闭合开关,在保证电路元件安全的情况下,电压表的示数变化范围是V,小灯泡的最小功率为W。8.(2020恩施州)如图甲所示,电源电压保持12 V不变,R0为定值电阻,电压表量程为015 V,电流表量程为00.6 A。第一次只闭合开关S、S1,将滑片P从B端移动到A端;第二次只闭合开关S、S2,将滑片P从B端逐步向A端移动,直至白炽灯L正常发光。根据实验过程中测量的数据,绘制电流表与电压表示数的关系图像如图图乙所示。求:(1)滑动变阻器的最大

6、阻值。(2)在闭合开关S、S2时,白炽灯L正常工作1 min消耗的电能。(3)在整个过程中且电路安全条件下,R0功率的变化范围。规律方法在求解电学中的“取值范围”问题时,要注意同时考虑灯泡和滑动变阻器的规格和电流表、电压表的最大测量值,运用逆向思维推导出各物理量对应的取值范围。答案解析 1.B解： 由电路图可知,滑动变阻器与灯泡串联,电压表测灯泡两端的电压,电流表测电路中的电流。由P=UI可得,灯泡的额定电流:IL额=PL额UL额=1.25W2.5V=0.5 A,因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为00.6 A,所以,电路中的最大电流(即电流表的最大示数)为Imax=IL额=0.5 A

7、,故A错误;由I=UR可得,灯泡的电阻:RL=UL额IL额=2.5V0.5A=5 ,电流最大时,电路中的总电阻:R=UImax=4.5V0.5A=9 ,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滑=R-RL=9 -5 =4 ,故B正确;该电路的最大功率:Pmax=UImax=4.5 V0.5 A=2.25 W,故D错误;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中电流最小,灯泡的电功率最小,则电路中的最小电流:Imin=URL+R滑=4.5V5+20=0.18 A,灯泡的最小电功率:PLmin=Imin2RL=(0.18 A)25 =0.162 W,故C错误。2

8、.D解： 灯泡L标有“6 V3 W”字样,根据P=U2R可得灯泡的电阻:RL=U额2P额=(6V)23W=12 ,故A错误;只闭合S1,灯泡和R1串联接入电路,则电路总电阻:R串=RL+R1=12 +3 =15 ,电路中的电流为I=UR串=6V15=0.4 A,则R1消耗的功率:P1=I2R1=(0.4 A)23 =0.48 W,故B错误;如图果开关S1、S2、S3同时闭合,R1短路,灯泡和R2并联接入电路,灯泡L正常工作,故C错误;如图果开关S2、S3同时闭合,灯泡和R2并联接入电路;只闭合S1,灯泡和R1串联接入电路,由于串、并联电路电阻的特点和P=U2R可知:灯泡和R2并联时电路消耗的电

9、功率最大,灯泡和R1串联时电路消耗的电功率最小,则:P最大=PL+P2=U2RL+U2R2=(6V)212+(6V)218=5 W;P最小=U2RL+R1=(6V)212+3=2.4 W,所以,P最大P最小=5 W2.4 W=2512,故D正确。3.203.60.9解： 由图甲可知,闭合开关,两电阻串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时,电路中的电流最大,由图乙可知,I1=0.6 A,根据欧姆定律可得,电源的电压:U=I1R1=0.6 AR1,当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小,由图乙可知,I2=0.2 A,U2=4 V,滑动变

10、阻器的最大阻值:R2=U2I2=4V0.2A=20 ;串联电路中总电压等于各分电压之和,电源的电压:U=I2R1+U2=0.2 AR1+4 V,由电源电压不变得,0.6 AR1=0.2 AR1+4 V,解得:R1=10 ,电源的电压:U=0.6 AR1=0.6 A10 =6 V。电源电压不变,根据P=UI可知,电路中电流最大时,总功率最大,为P大=UI1=6 V0.6 A=3.6 W;根据欧姆定律可知电路中的电流I=UR1+R2,滑动变阻器的功率:P滑=I2R2=UR1+R22R2=U2(R1+R2)2R2=U2R12-2R1R2+R22+4R1R2R2=U2(R1-R2)2R2+4R1,当R

11、2=R1=10 时,滑动变阻器的功率最大,为P滑大=U24R1=(6V)2410=0.9 W。4.由P=U2R可知,灯泡L的电阻:RL=U额2P额=(6V)23.6W=10 ,由P=UI可知,灯泡的额定电流:IL额=P额U额=3.6W6V=0.6 A。(1)当S、S2闭合,将R2的滑片P移至a端时,电路为灯泡L的简单电路,此时灯泡L两端的电压与电源电压相等,因为此时灯泡正常发光,所以电源电压:U=UL额=6 V。(2)当S、S1、S2闭合,R2的滑片P移至a端时,电阻R1与灯泡L并联,根据并联电路的特点,此时灯泡L仍然正常发光,通过灯泡L的电流:IL=IL额=0.6 A;因并联电路中干路电流等

12、于各支路电流之和,所以此时R1中的电流:I1=I-IL=0.9 A-0.6 A=0.3 A,由I=UR可知,定值电阻R1的阻值:R1=UI1=6V0.3A=20 。(3)当S、S2闭合,将R2的滑片P移至b端时,滑动变阻器的最大阻值与灯泡L串联,此时电路的总电阻:R总=UI=6V0.12A=50 ,因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以滑动变阻器的最大阻值:R2=R总-RL=50 -10 =40 ,由P=U2R可知,电源电压U恒定时,电路中的总电阻最大时,电路的电功率最小,因为R1RL,所以当定值电阻R1与变阻器R2的最大阻值串联时,电路的总电阻最大,总功率最小,此时应闭合开关S、S1,断

13、开S2,此时电路的总电阻:R=R2+R1=40 +20 =60 ,电路的最小电功率:P=U2R=(6V)260=0.6 W。5.AC解： 因为滑动变阻器上标有“10 1 A”的字样,所以电路的最大电流为1 A,此时R1的电功率最大,所以R1的最大功率为P1大=I大2R1=(1 A)25 =5 W;当滑动变阻器电阻最大时,电路的电流最小,R1的电功率最小,最小电流为I小=UR1+R2=6V5+10=0.4 A,所以R1的最小功率为P1小=I小2 R1=(0.4 A)25 =0.8 W,故R1的功率范围为0.85 W,故A选项正确、B选项错误。滑动变阻器的功率为P2=UR1+R22R2=U2(R1

14、+R2)2R2=U2R12-2R1R2+R22+4R1R2R2=U2(R1-R2)2R2+4R1,当R1=R2=5 时,R2的电功率最大,最大为P2大=U24R1=(6V)245=1.8 W,故C选项正确、D选项错误。6.1.20.2 A122 V03.6 W解： (1)当P位于a端时,只有R1接入电路,所以电压表示数为12 V,电流表示数为I=UR1=12V10=1.2 A;当P位于b端时,R1和R2串联,R2接入电路的阻值最大,此时电流表示数为I=UR1+R2=12V10+50=0.2 A,电压表此时测量R1两端电压,所以电压表示数为U1=IR1=0.2 A10 =2 V;所以滑片P从a端

15、滑到b端的过程中,电流表的示数变化范围为1.20.2 A,电压表的示数变化范围为122 V。(2)当滑片位于a端时,R2短路,故R2的电功率为0 W;当滑片位于b端时,R2的电功率:P=U2I=(U-U1)I=(12 V-2 V)0.2 A=2 W。当R2=R1=10 时,R2的电功率最大,P大=(UR1+R2)2R2=12V10+10210 =3.6 W;所以滑片从a端滑到b端的过程中,R2的电功率变化范围为03.6 W。7.1.530.38.(1)第一次只闭合开关S、S1,变阻器与R0串联,电压表测PA电阻丝两端的电压,电流表测电路的电流,因电压表接在滑片上,故变阻器的全部电阻丝接入电路,

16、滑片移动时,变阻器接入电路的阻值不变,总电阻不变,由欧姆定律可知,电路的电流不变,由此可知,图像中的水平线为本次情况下电流表与电压表示数的关系图像,电路中的电流恒为0.4 A,P在B端时,电压表的示数最大为8 V,由欧姆定律可得,变阻器的最大阻值:R=UI=8V0.4A=20 。(2)由欧姆定律和电阻的串联可得,R0的阻值:R0=U总I-R=12V0.4A-20 =10 ,第二次只闭合开关S、S2,变阻器与R0和灯泡串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路的电流,则结合(1)的分析可知,图像中的曲线为本次情况下电流表与电压表示数的关系图像;滑片P从B端向A端移动时,直至小灯泡正常发光,由图像知,灯的额定电流为IL=0.5 A,此时电压表示数为1 V,由欧姆定律可得,R0的电压为U0=ILR0=0.5 A10 =5 V,由串联