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20.如圖甲所示電路中,電源電壓保持不變,其中R1、R3為定值電阻,R2為滑動變阻器,允許通過滑動變阻器的最大電流為0.5A.電流表選用量程為0~0.6A.電壓表選用的量程為0~15V.當斷開開關S1、S2,閉合S,滑動變阻器的滑片P從中點C滑到最右端b的過程中,電流表的示數I隨R2阻值變化而變化的圖象如圖乙所示,在此過程中,測得R1的功率變化了0.5W.求:

①R1的電阻值
②滑片P從中點C滑到最右端b的過程中,電壓表的示數變化范圍
③當R3的阻值為20Ω,改變開關的通斷,在保證電路各元件安全的情況下,求整個電路的最小功率與最大功率.

分析 ①根據R1的功率變化,由功率公式求R1的電阻值.
②對照圖象,根據電源的電壓不變,由歐姆定律列式,可求得R2的電阻值.再由歐姆定律求出電壓表的示數變化范圍.
③由上題求出電源的電壓.分析何時外電阻最小和最大的條件,再求解即可.

解答 解:①在滑動變阻器的滑片P從中點C滑到最右端b的過程中,R2增大,電路中電流減小,R1的功率減小,由題有:
   I12R1-I22R1=0.5W
由圖有:I1=0.3A,I2=0.2A
聯(lián)立解得 R1=10Ω
②由題意得:
   I1(R1+$\frac{1}{2}$R2)=I2(R1+R2
解得 R2=20Ω
當滑動變阻器的滑片P在中點C時,電壓表的示數 U1=I1•$\frac{1}{2}$R2=0.3×10V=3V
滑片P在b端時,電壓表的示數 U2=I2R2=0.2×20V=4V
故電壓表的示數變化范圍為 3V~4V.
③當電源的電壓 U=I2(R1+R2)=6V
由于允許通過滑動變阻器的最大電流為0.5A,若S1閉合,R2的最小值為 R2min=$\frac{U}{{I}_{max}}$=$\frac{6}{0.5}$=12Ω>R1=10Ω
所以R2=R2min=12Ω,且閉合開關S1、S2和S時,外電阻最小,總電流最大,整個電路的功率最大.
外電阻為 R=$\frac{{R}_{2}{R}_{3}}{{R}_{2}+{R}_{3}}$=$\frac{12×20}{12+20}$=7.5A
整個電路的最大功率 Pmax=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{{6}^{2}}{7.5}$=4.8W
當斷開開關S1、S2,閉合S,滑動變阻器的滑片P位于最右端b時,外電阻最大,總電流最小,整個電路的功率最小,且為
  Pmin=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{{6}^{2}}{10+20}$=1.2W
答:
①R1的電阻值是10Ω.
②滑片P從中點C滑到最右端b的過程中,電壓表的示數變化范圍是:3V~4V.
③整個電路的最小功率與最大功率分別為1.2W和4.8W.

點評 解決本題的關鍵是明確電路的結構,知道并聯(lián)電路總電阻比任何一個支路的電阻要小,串聯(lián)電路總電阻比任何一個電阻要大,分析功率取得極值的條件.

練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

10.放在水平面上的物體在水平拉力的作用下,從靜止開始做勻加速運動,加速度大小為2m/s2,一段時間后撤掉拉力,物體由于慣性繼續(xù)向前,在摩擦力的作用下做勻減速運動,加速度大小為1m/s2,從開始運動到最后靜止,物體通過的總位移為12m,求:
(1)物體做減速運動的位移;
(2)物體做加速運動的時間.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

11.假設地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是近地衛(wèi)星軌道半徑的n倍,則(  )
A.同步衛(wèi)星的運行速度是第一宇宙速度的$\sqrt{\frac{1}{n}}$倍
B.同步衛(wèi)星的運行周期是近地衛(wèi)星的運行周期的n2
C.同步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉速度的n2
D.同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的$\frac{1}{n}$倍

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

8.如圖所示,邊長為L的正方形單匝線圈abcd,電阻為r,外電路的電阻為R,ab的中點和cd的中點的連線OO′恰好位于勻強磁場的邊界線上,磁場的磁感應強度為B,若線圈從圖示位置開始,以角速度ω繞OO′軸勻速轉動,則以下判斷正確的是(  )
A.圖示位置線圈中的感應電動勢最大為Em=BL2ω
B.閉合電路中感應電動勢的瞬時值表達式為e=$\frac{1}{2}$BL2ωsinωt
C.線圈轉動一周的過程中,電阻R上產生的熱量為Q=$\frac{π{B}^{2}ω{L}^{4}R}{4(R+r)^{2}}$
D.線圈從圖示位置轉過180°的過程中,流過電阻R的電荷量為q=$\frac{2B{L}^{2}}{R+r}$

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

15.已知普朗克常量為h=6.6×10-34J,鋁的極限頻率為1.1×1015Hz,其電子的逸出功為7.293×10-19J,現用頻率為1.5×1015Hz的光照射鋁的表面.是否有光電子逸出?有(填“有”、“沒有”或“不能確定”).若有光電子逸出,則逸出的光電子的最大初動能為2.64×10-19J.若沒有光電子逸出或不能確定其理由為什么?

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

5.為了探究質量一定的物體,其加速度口與所受合外力F的關系,一同學設計了如圖1所示的實驗裝置,其中M為帶滑輪的小車的質量(包含滑輪質量),優(yōu)為砂和砂桶的質量.

(1)關于實驗操作過程和注意事項,下列說法正確的是BC
A.用天平測出砂和砂桶的質量
B.將帶滑輪的長木板右端墊高,以平衡摩擦力
C小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時記錄力電傳感器所顯示的示數
D.為減小誤差,實驗中一定要保證砂和砂桶的質量優(yōu)遠小于小車的質量M
(2)該同學在實驗中得到如圖2所示的一條紙帶,從比較清晰的某點起,取五個計數點,分別標明0、1、2、3、4.測量得s1=2.15cm,s2=2.90cm,s3=3.70cm,s4=4.40cm,則小車的加速度大小為0.750 m/s2.(計算結果均保留三位有效數字,實驗所用交流電的頻率為50Hz).
(3)以力電傳感器的示數F為橫坐標,加速度D為縱坐標,畫出的a-F圖象如圖3所示,則小車的質量為0.89 kg.(計算結果保留兩位有效數字)

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

12.某同學要測量一節(jié)干電池的電動勢和內電阻.

實驗室除提供開關S和導線外,有以下器材可供選擇:
電壓表:V(量程3V,內阻Rv約為10kΩ)
電流表:G(量程3mA,內阻Rg=100Ω)
滑動變阻器:R(阻值范圍0〜10Ω,額定電流2A)
定值電阻:R0=0.5Ω
(1)該同學將電流表G與定值電阻R0并聯(lián),實際上是進行了電表的改裝,則他改裝后的電流表對應的量程是0.6A.
(2)該同學利用上述實驗原理圖測得數據,以電流表G讀數為橫坐標,以電壓表V讀數為縱坐標繪出了如圖乙所示的圖線,根據圖線可求出電源的電動勢E=1.48V(結果保留三位有效數字),電源的內阻r=0.86Ω(結果保留兩位有效數字).
(3)由于電壓表內阻電阻對電路造成影響,本實驗電路測量結果電動勢E偏小,內阻偏小(選填“偏大”、“不變”或“偏小”)

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

9.用落體法驗證機械能守恒定律,器材安裝如圖甲.
(1)請指出圖甲中的錯誤及不妥之處(至少寫出兩處)
①使用的是直流電源,②重物離打點計時器太遠
(2)改進實驗中錯誤及不妥之處后,打出如圖乙所示一條紙帶.已知打點計時器頻率為50Hz,根據紙帶所給數據,打C點時重物的速度為2.2m/s(結果保留兩位有效數字).

(3)某同學選用兩個形狀相同質量不同的重物a和b進行實驗測得幾組數據,畫出$\frac{v^2}{2}$-h的圖象如圖丙所示,求出圖線的斜率k,由圖象可知a的質量m1大于b的質量m2(選填“大于”或“小于”).
(4)通過分析發(fā)現造成k2值偏小的原因是實驗過程中存在各種阻力,已知實驗所用重物的質量m2=0.052kg,當地重力加速度g=9.78m/s2,求出重物所受的平均阻力f=0.031N.(結果保留兩位有效數字)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

9.如圖所示,在平面直角坐標系xOy的第四象限有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度B=2.0T.一質量為m=5.0×10-8 kg、電量為q=1.0×10-6 C的帶電粒子從P點沿圖示方向以v=20m/s的速度進入磁場,從x軸上的Q點離開磁場(Q點未畫出).已知OP=30cm,(粒子重力不計,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),求:
(1)OQ的距離;
(2)若粒子不能進入x軸上方,求磁感應強度B′滿足的條件.

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