沪科版(2024)九年级全册第四节 电阻的串联和并联精练
展开1.关于3Ω和6Ω的两个电阻说法正确的是( )
A.3Ω和6Ω的两个电阻,并联后相当于增加了导体长度,等效电阻为9Ω
B.3Ω和6Ω的两个电阻,并联后相当于增加了导体横截面积,等效电阻为2Ω
C.3Ω和6Ω的两个电阻,串联后相当于增加了导体长度,等效电阻为2Ω
D.3Ω和6Ω的两个电阻,串联后相当于增加了导体横截面积,等效电阻为2Ω
2.将电阻R与5欧的电阻并联后总电阻小于1欧,下列判断正确的是
A.R 一定小于 1 欧B.R 一定大于 1 欧
C.R 可能大于 1 欧D.R 不可能为 1 欧
3.将一只阻值为数千欧的电阻R1和一只阻值为千分之几欧的电阻R2并联起来,则总电阻( )
A.很接近R1而略大于R1
B.很接近R1而略小于R1
C.很接近R2而略大于R2
D.很接近R2而略小于R2
4.两个完全相同的电阻,他们串联后总电阻为,并联后总电阻为,则为( )
A.4
B.3
C.2
D.1
5.如图所示电路,电阻,闭合开关S,电流表A1的示数为0.3A,电流表A2的示数为0.5A。下列说法正确的是( )
A.通过电阻的电流为B.电阻的阻值为
C.电源电压为D.电阻的阻值为
6.如图所示,图象1和图象2分别是电阻R1与R2的U﹣I图象,分别是图中的1,2,则R1与R2的大小及两电阻串联和并联后的U﹣I图象所在的区域分别是( )
A.R1<R2,两电阻并联后图线在区域Ⅰ
B.R1<R2,两电阻串联后图线在区域Ⅰ
C.R1>R2,两电阻并联后图线在区域Ⅲ
D.R1>R2,两电阻串联后图线在区域Ⅲ
7.电阻和并联,当通过的电流为时,则通过干路的电流为( )
A.B.C.D.
8.如图所示的电路中,当S闭合,甲、乙两表是电压表时,两示数之比U甲∶U乙=5∶3,当S断开,甲、乙两表是电流表时( )
A.R1与R2的电阻之比R1∶R2=5∶3
B.R1与R2的电阻之比R1∶R2=3∶2
C.两表的示数之比I甲∶I乙=3∶5
D.两表的示数之比I甲∶I乙=2∶5
9.在如图所示的电路中,S闭合后下列各种情况不正确的是( )
A.如果甲、乙、丙是电压表,当S1闭合后U丙=U甲+U乙
B.如果甲是电压表,乙、丙是电流表,S1断开形成并联电路
C.电路中甲表和乙表可以同时是电流表
D.如果电路是并联电路,则乙表的示数大于丙表的示数
10.在如图所示电路中,电源电压相同且不变,电路元件均完好,电流表A1的示数比A2大,下列方案中有可能使两电流表示数相同的有方案:①用一个更小的电阻替换R3; ②将图(a)中的R2与(b)中的R1互换;③用一个更大的电阻替换R2;④将图(a)中的R1与(b)中的R3互换。( )
A.0个B.1个C.2个D.3个
二、填空题
11.电阻的串联与并联:
串联:R=_______(串联电阻的总电阻的阻值比任何一个分电阻阻值都___)
并联:=_______ (并联电阻的总电阻的阻值比任何一个分电阻阻值都____)
n个阻值为R的电阻串联则R总=____;n个阻值为R的电阻并联则R总= ________ 。
12.两电阻R1=4Ω,R2=16Ω,把它们串联接在电源电压为12V的电路两端,串联电路的总电阻是___________Ω,电路中的电流是___________A。
13.有两个电阻,R1=4Ω,R2=12Ω。若将R1、R2并联起来,它们的等效电阻是____Ω,它们两端的电压之比U1︰U2=____。
14.图所示的电路中,电源电压U保持不变,电流表A1示数与电流表A2示数之比为3:2,则R1和R2的阻值之比为___________。
15.如图所示为一可调挡位的电风扇结构示意图,由图可知这台电风扇可调_____(选填“一”、“二”、“三”或“四”)个不同大小的风力。把调节开关调到OFF的意思是_______(选填“短路”、“断路”或“通路”)。
16.在图所示的电路中,电阻R1=10,R2=20,电源电压保持不变。当开关S1、S3断开,S2闭合时,电流表的示数为0.2A.。当开关S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为________A,电源电压为________V。为了保障电路安全,________两个开关不能同时闭合。
17.如图所示,滑动变阻器的滑片在某两点间移动时,电流表的示数范围在1A至2A之间,电压表的示数范围在6V至9V之间,则定值电阻R为______,电源电压为______。
18.如图所示电路中,欧,欧,电源电压为伏.当电键、都断开时,电流表示数为__________安;当电键闭合、断开时,电流表示数为______安;当电键断开、闭合时,电流表示数为__________安;当电键和都闭合时,电流表示数为_______安,此时总电阻为_______欧.
三、作图题
19.如图所示,一个黑箱内有由几个相同阻值的电阻R组成的电路,箱外有四个接线柱1、2、3、4,已知3、4间的电阻是1、3和2、4间电阻的2倍,而1、2间没有明显的电阻,请画出盒内最简单的一种电路图。
( )
20.如图的电路,已知电源电压为 6V,闭合开关 S 后,电流表的示数为 0.3A,虚线框内有两个定值电阻分别是 R1、R2、R3 中的两个(已知 R1=15Ω, R2=25Ω,R3=100Ω)。 请你画出虚线框内电阻的连接方式并标明电阻的符号,并将电路补画完整。
( )
21.如图所示,R1=15Ω,电压表示数为6V,电流表示数为0.2A,已知图中矩形框内的电阻只能是下面四个电阻中两个的连接,这四个电阻是:R2=10Ω,R3=20Ω,R4=40Ω,R5=120Ω,问矩形框内哪两个电阻?怎样连接?在虚线框内作图表示,并把电路图连完整.
四、计算题
22.如图所示,根据欧姆定律和串联电路的特点推导R与R1、R2之间的关系。
23.如图所示,根据欧姆定律和并联电路特点推导R与R1、R2的关系。
24.如图甲所示,同时闭合开关S和S1时,电流表示数为0.5A,断开开关S1时,电流表示数为0.3A,电压表示数如图乙所示,求电源电压和电阻R大小。
25.如图所示电路,电源电压保持不变,电阻R1=10Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω,灯泡电阻不随温度变化。闭合开关S,当开关S1、S2都断开,滑动变阻器的滑片P滑动到中点时,电流表的读数为0.4A;当开关S1、S2都闭合,滑动变阻器的滑片P滑动到最右端时,电流表的示数为0.9A,求:
(1)电源电压为多少?
(2)小灯泡的电阻是多少?
26.如图所示,电阻R1的阻值为20Ω,R2的阻值为30Ω,当开关S1断开、开关S2闭合时,电流表的示数为0.3A;当开关均闭合时,电流表的示数为0.5A,求:
(1)电源电压;
(2)电阻R3的阻值;
(3)当开关都断开时电流表的示数。
27.如图所示,R1=R2=30Ω,R3=15Ω,电源电压恒定。若只闭合开关S时,电流表的示数是0.1A。求:
(1)电源电压;
(2)当开关S、S1闭合,S2断开时,电流表的示数;
(3)当S、S1、S2都闭合时,电流表的示数。
28.长征二号F遥十三运载火箭于2021年10月16日0时23分按预定时间精准点火发射,搭载的神舟十三号载人飞船被成功送入太空。发射前,检验飞船舱体的气密性至关重要。某兴趣小组用封闭容器代替飞船舱体置于真空室中,设计了如图所示的电路,模拟检验飞船舱体的气密性。若密闭容器不漏气,则密闭容器与真空室中的气压不发生变化;若密闭容器漏气,则密闭容器中的气压减小,真空室中的气压增大。密闭容器中的正常环境气压为1.0×105Pa,电源电压U=12V,定值电阻R0=18Ω;R1和R2是两个相同的压敏电阻,其阻值随环境气压的变化如表中所示。
按要求回答下列问题:
(1)当开关S接a时,若电压表的示数为10.8V,请通过计算判断密闭容器是否漏气;
(2)若密闭容器漏气,开关S接b时,电流表的示数为0.3A,求此时真空室中的环境气压。
29.如图,电流表量程0~0.6A,电压表量程0~15V,电阻R0=30Ω,电路两端电压恒为24V,求:
(1)当电流表示数为0.4A时,R0两端电压是多少V?此时滑动变阻器连入电路的阻值时多少Ω?
(2)当滑动变阻器连入电路的电阻太小时,电路中的电流会超过电流表量程,当滑动变阻器连入电路的电阻太大时,变阻器两端电压会超过电压表量程,求:在不超过电表量程的情况下,滑动变阻器连入电路的电阻范围。
30.如图甲电路中,电源电压保持不变,R0、R1均为定值电阻(R1允许通过电阻的最大电流为0.5A),电阻R2为滑动变阻器(1A、 10Ω),电流表的量程为0~0.6A。闭合开关S,改变R2的阻值,两电压表示数与电流表示数变化关系如图乙,当滑片在b端时电流表示数为0.3A。求:
(1)R1的阻值;
(2)若滑片置于变阻器的中点位置,电流表示数为0.4A,求电源电压U和R0的阻值;
(3)为了电路中各元件的安全,求滑动变阻器R2的最小值。
环境气压/(×105Pa)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
压敏电阻阻值/Ω
36
22
12
6
3
2
15.4 电阻的串联和并联
一、单选题
1.关于3Ω和6Ω的两个电阻说法正确的是( )
A.3Ω和6Ω的两个电阻,并联后相当于增加了导体长度,等效电阻为9Ω
B.3Ω和6Ω的两个电阻,并联后相当于增加了导体横截面积,等效电阻为2Ω
C.3Ω和6Ω的两个电阻,串联后相当于增加了导体长度,等效电阻为2Ω
D.3Ω和6Ω的两个电阻,串联后相当于增加了导体横截面积,等效电阻为2Ω
【答案】B
【解析】AB.电阻并联后,相当于增加了导体的横截面积,因并联电路的总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和,所以3Ω和6Ω的两个电阻并联后的等效电阻
故A错误,B正确;
CD.导体串联后,相当于增长了导体的长度,因串联电路的总电阻等于各电阻之和,所以,3Ω和6Ω的两个电阻串联后的等效电阻
R'=R1+R2=3Ω+6Ω=9Ω
故CD错误。
故选B。
2.将电阻R与5欧的电阻并联后总电阻小于1欧,下列判断正确的是
A.R 一定小于 1 欧B.R 一定大于 1 欧
C.R 可能大于 1 欧D.R 不可能为 1 欧
【答案】C
【解析】由于并联后的总电阻小于其中最小的一个,所以,将5欧的电阻与另一个定值电阻R并联后,要使电路的总电阻小于1欧,则另一只电阻可以大于或等于1欧,也可以小于1欧(如5欧的电阻和0.8欧的电阻并联,其总电阻一定小于1欧).
故选C.
3.将一只阻值为数千欧的电阻R1和一只阻值为千分之几欧的电阻R2并联起来,则总电阻( )
A.很接近R1而略大于R1
B.很接近R1而略小于R1
C.很接近R2而略大于R2
D.很接近R2而略小于R2
【答案】D
【解析】根据,可得,由于R1为数千欧,很大,R2很小,那么几乎为零,所以很接近,且略小于,选项D符合题意.
4.两个完全相同的电阻,他们串联后总电阻为,并联后总电阻为,则为( )
A.4
B.3
C.2
D.1
【答案】A
【解析】两个电阻串联时,串联电路总电阻等于各分电阻之和;两个电阻并联时,并联电路总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和.设两个电阻阻值均为,根据串联电路的电阻规律可得串联后总电阻
,
根据并联电路的电阻规律可得并联后总电阻
,
故
,
所以A符合题意.
5.如图所示电路,电阻,闭合开关S,电流表A1的示数为0.3A,电流表A2的示数为0.5A。下列说法正确的是( )
A.通过电阻的电流为B.电阻的阻值为
C.电源电压为D.电阻的阻值为
【答案】B
【解析】ABCD.由电路图可知,两电阻并联,电流表A1测R1支路的电流,电流表A2测干路的电流;
因为并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以电阻R2的电流
I2=I−I1=0.5A−0.3A=0.2A
又因为并联电路中各支路两端的电压相等,
故根据欧姆定律可得,电源的电压
U=U1=I1R1=0.3A×10Ω=3V
电阻R2的阻值:
=15Ω
故选B。
6.如图所示,图象1和图象2分别是电阻R1与R2的U﹣I图象,分别是图中的1,2,则R1与R2的大小及两电阻串联和并联后的U﹣I图象所在的区域分别是( )
A.R1<R2,两电阻并联后图线在区域Ⅰ
B.R1<R2,两电阻串联后图线在区域Ⅰ
C.R1>R2,两电阻并联后图线在区域Ⅲ
D.R1>R2,两电阻串联后图线在区域Ⅲ
【答案】C
【解析】由图可知,当R1与R2的电流相等时,R1两端的电压大于R2两端的电压,根据可知
R1>R2
由串联电路电阻关系可知,两电阻串联时,R串的阻值大于任何一个电阻阻值;由并联电路电阻关系可知,两电阻并联时,R并的阻值小于任何一个电阻阻值,当它们两端的电压相同时,R串的电流最小,所以在U﹣I图象的区域Ⅰ;R并的电流最大,所以在U﹣I图像的区域Ⅲ,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
7.电阻和并联,当通过的电流为时,则通过干路的电流为( )
A.B.C.D.
【答案】B
【分析】解决此题的关键是知道并联电路各支路电压相等,干路的电流等于各支路电流之和,结合欧姆定律可以求解.
【解析】ABCD.当通过的电流为时,根据欧姆定律变形公式:
因电阻和并联,所以两端的电压也是,根据公式,可以知道:
所以通过干路的电流:
8.如图所示的电路中,当S闭合,甲、乙两表是电压表时,两示数之比U甲∶U乙=5∶3,当S断开,甲、乙两表是电流表时( )
A.R1与R2的电阻之比R1∶R2=5∶3
B.R1与R2的电阻之比R1∶R2=3∶2
C.两表的示数之比I甲∶I乙=3∶5
D.两表的示数之比I甲∶I乙=2∶5
【答案】D
【分析】(1)由电路图可知,当S闭合,甲乙两表为电压表时,两电阻串联甲电压表测电源的电压,乙电压表测R2两端的电压,根据串联电路的电压特点求出两电阻两端的电压之比,根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出两电阻的阻值之比。
(2)当S断开,甲乙两表为电流表时,两电阻并联,甲电流表测R2支路的电流,乙电流表测干路电流,根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出两支路的电流之比,再根据并联电路的电流特点求出两表示数之比。
【解析】AB.当S闭合,甲、乙两表是电压表时,两电阻串联,甲电压表测电源的电压,乙电压表测R2两端的电压,因串联电路中总电压等于各分电压之和,且U甲∶U乙=5∶3,所以,R1、R2两端的电压之比
因串联电路中各处的电流相等,所以,由可得,两电阻的阻值之比
故AB错误;
CD.当S断开,甲、乙两表为电流表时,两电阻并联,电流表甲测通过R2支路的电流,电流表乙测干路电流,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,R1、R2两支路的电流之比
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,两表示数之比
故C错误,D正确。
故选D。
【点睛】本题考查了串联电路和并联电路的特点以及欧姆定律的应用,关键是开关闭合与断开、不同电表时电路串并联的辨别以及电表所测电路元件的判断。
9.在如图所示的电路中,S闭合后下列各种情况不正确的是( )
A.如果甲、乙、丙是电压表,当S1闭合后U丙=U甲+U乙
B.如果甲是电压表,乙、丙是电流表,S1断开形成并联电路
C.电路中甲表和乙表可以同时是电流表
D.如果电路是并联电路,则乙表的示数大于丙表的示数
【答案】C
【解析】A.如果甲、乙、丙是电压表,当S1闭合后,R1与R2串联。甲电压表测R2两端的电压,乙电压表测R1两端的电压,丙电压表测电源两端的电压,根据串联电路的电压规律可知
U丙=U甲+U乙
故A正确,不符合题意;
B.如果甲是电压表,乙、丙电流表,S1断开时,R1与R2并列接入电路,电路中有两条支路,即为并联,此时甲电压表测电源两端的电压,乙电流表测干路电流,丙电流表测R1支路的电流。故B正确,不符合题意;
C.电路中甲表和乙表同时是电流表时,电流从电源正极出发经甲、乙两电流表回到电源的负极,会造成电源短路。故C错误,符合题意。
D.如果电路是并联电路,由B选项可知,甲是电压表,乙、丙电流表且S1断开,此时乙电流表测干路电流,丙电流表测R1支路的电流,由并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知,乙表的示数大于丙表的示数。故D正确,不符合题意。
故选C。
10.在如图所示电路中,电源电压相同且不变,电路元件均完好,电流表A1的示数比A2大,下列方案中有可能使两电流表示数相同的有方案:①用一个更小的电阻替换R3; ②将图(a)中的R2与(b)中的R1互换;③用一个更大的电阻替换R2;④将图(a)中的R1与(b)中的R3互换。( )
A.0个B.1个C.2个D.3个
【答案】C
【解析】(a)图中R1、R2并联,电流表A1在干路上,测干路的电流为
(b)图中R1、R3串联,电流表A2测电路中的电流为
由题意知,电流表A1的示数比A2大,即I1>I2。方案①用一个更小电阻替换R3,电源电压始终保持不变,则I2增大,但仍小于I1,所以此方案不可行;方案②,将图(a)中的R2与图(b)中的R1互换,据并联电路的电阻特点知,图(a)中的总电阻
据串联电路的电阻特点知,图(b)中的总电阻
R总2=R2+R3
若R总1=R总2,则I1=I2,所以此方案可行;方案③,用更大的电阻替换R2,据并联电路的特点知,I1会减小,但仍然大于I2,此方案不可行;方案④,将图(a)中的R1与图(b)中的R3互换,两个电路的总电阻分别为
,R总2′=R1+R1=2R1
则R总1′有可能等于R总2′,那么两个电路的电流有可能相等,此方案可行。故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
二、填空题
11.电阻的串联与并联:
串联:R=_______(串联电阻的总电阻的阻值比任何一个分电阻阻值都___)
并联:=_______ (并联电阻的总电阻的阻值比任何一个分电阻阻值都____)
n个阻值为R的电阻串联则R总=____;n个阻值为R的电阻并联则R总= ________ 。
【答案】 R1+R2+…Rn 大 小 nR
【解析】略
12.两电阻R1=4Ω,R2=16Ω,把它们串联接在电源电压为12V的电路两端,串联电路的总电阻是___________Ω,电路中的电流是___________A。
【答案】 20 0.6
【解析】[1]两电阻R1、R2串联,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,总电阻
R=R1+R2=4Ω+16Ω=20Ω
[2]电路中电流
I0.6A
13.有两个电阻,R1=4Ω,R2=12Ω。若将R1、R2并联起来,它们的等效电阻是____Ω,它们两端的电压之比U1︰U2=____。
【答案】 3 1︰1
【解析】[1]若将R1、R2并联起来,它们的等效电阻R总关系式
所以
[2]因为并联电路中各支路两端的电压相等,所以
14.图所示的电路中,电源电压U保持不变,电流表A1示数与电流表A2示数之比为3:2,则R1和R2的阻值之比为___________。
【答案】2:1
【解析】由图可知,电阻R1和R2并联,电流表A1测量干路电流,电流表A2测量通过电阻R2的电流,若通过电阻R1和R2的电流分别为I1和I2,则电流表A1示数与电流表A2示数之比
则可得电阻R1和R2的电流分别为I1和I2之比
根据并联电路的特点,R1和R2的阻值之比
15.如图所示为一可调挡位的电风扇结构示意图,由图可知这台电风扇可调_____(选填“一”、“二”、“三”或“四”)个不同大小的风力。把调节开关调到OFF的意思是_______(选填“短路”、“断路”或“通路”)。
【答案】 四 断路
【解析】[1][2]据图可知,当开关调到OFF时,该电路是断路,即风扇不工作。当开关处于其它不同的位置时,接入电路的电阻是不同的,所以据欧姆定律可知,电路中的电流是不同的,共4个档位。
16.在图所示的电路中,电阻R1=10,R2=20,电源电压保持不变。当开关S1、S3断开,S2闭合时,电流表的示数为0.2A.。当开关S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为________A,电源电压为________V。为了保障电路安全,________两个开关不能同时闭合。
【答案】 0.9 6 S1和S2
【解析】[1]当、断开,闭合时,、串联,由欧姆定律得
当、闭合,断开时,、并联,电流表在干路上,其电流为
[2]由[1]可知,电源电压为
[3]、同时闭合会发生电源短路,故为了保障电路安全,、不能同时闭合。
17.如图所示,滑动变阻器的滑片在某两点间移动时,电流表的示数范围在1A至2A之间,电压表的示数范围在6V至9V之间,则定值电阻R为______,电源电压为______。
【答案】 3Ω 12V
【解析】[1][2]由电路图可知,定值电阻和滑动变阻器是串联,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,电流表测量的是电路中的电流,根据串联分压与电阻成正比,当滑动变阻器电阻较大时,电压表示数较大,电路中的阻值也较大,由于电源电压不变,这时电路中的电流较小,故根据题意可知,当电压表示数为9V时,电流表示数为1A,这时滑动变阻器的阻值为
电源电压为
当电压表示数为6V时,电流表示数为2A,这时滑动变阻器的阻值为
电源电压为
解之得
18.如图所示电路中,欧,欧,电源电压为伏.当电键、都断开时,电流表示数为__________安;当电键闭合、断开时,电流表示数为______安;当电键断开、闭合时,电流表示数为__________安;当电键和都闭合时,电流表示数为_______安,此时总电阻为_______欧.
【答案】 0.27 0.75 0 0.75 3.43
【分析】(1)当电键S1、S2断开时,R1、R2和R3串联,电流表测电路中的电流,根据串联电路的电阻特点求出电路的总电阻,根据欧姆定律求出电路中的电流;
(2)当电键S1闭合、S2断开时时,电路为R2的简单电路,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律求出电路中的电流.
(3)当电键S1断开、S2闭合时,电路为R3的简单电路,电流表被短路;
(4)当电键S1、S2都闭合时,R2和R3并联,电流表测R2的电流,根据并联电路的特点求出总电阻;
【解析】(1)当电键S1、S2断开时,R1、R2和R3串联,总电阻为, 电流表测电路中的电流,示数为;
(2)当电键S1闭合、S2断开时时,电路为R2的简单电路,电流表测电路中的电流,示数为
(3)当电键S1断开、S2闭合时,电路为R3的简单电路,电流表被短路,示数为0A;
(4)当电键S1、S2都闭合时,R2和R3并联,电流表测R2的电流,示数为此时总电阻为;
【点睛】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的计算,关键是开关断开、闭合时电路图连接的辨别以及电表测量对象的判断.
三、作图题
19.如图所示,一个黑箱内有由几个相同阻值的电阻R组成的电路,箱外有四个接线柱1、2、3、4,已知3、4间的电阻是1、3和2、4间电阻的2倍,而1、2间没有明显的电阻,请画出盒内最简单的一种电路图。
( )
【答案】
【解析】各个电阻的阻值相等,3、4间的电阻是1、3和2、4间电阻的2倍,说明3、4间有两个电阻,1、3和2、4间只有一个电阻,1、2间没有明显的电阻说明它们之间是导线,如图所示:
20.如图的电路,已知电源电压为 6V,闭合开关 S 后,电流表的示数为 0.3A,虚线框内有两个定值电阻分别是 R1、R2、R3 中的两个(已知 R1=15Ω, R2=25Ω,R3=100Ω)。 请你画出虚线框内电阻的连接方式并标明电阻的符号,并将电路补画完整。
( )
【答案】
【解析】由题知,电源电压U=6V,总电流I=0.3A,则电路的总电阻为
R===20Ω
三个电阻R1=15Ω,R2=25Ω,R3=100Ω,由电阻的串联规律可知,选任意两个串联都不符合要求,所以只能并联。根据“并联时电阻越并越小的原则”(即并联的总电阻比任意一个分电阻都要小)可知,R1=15Ω、R2=25Ω并联的总电阻小于15Ω,R1=15Ω、R3=100Ω并联的总电阻也小于15Ω,只有R2=25Ω、R3=100Ω并联才能符合要求,故电路图为:
21.如图所示,R1=15Ω,电压表示数为6V,电流表示数为0.2A,已知图中矩形框内的电阻只能是下面四个电阻中两个的连接,这四个电阻是:R2=10Ω,R3=20Ω,R4=40Ω,R5=120Ω,问矩形框内哪两个电阻?怎样连接?在虚线框内作图表示,并把电路图连完整.
【答案】或
【解析】 由题意可知,矩形框两端的电压U=6V,通过的电流为0.2A,由可得,矩形框内的总电阻
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,且总电阻大于任何一个分电阻,所以,
R=R2+R3=10Ω+20Ω=30Ω
即R2和R3串联时符合,如下图所示:
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,且总电阻小于任何一个分电阻,所以
即R4和R5并联时符合,如下图所示:
四、计算题
22.如图所示,根据欧姆定律和串联电路的特点推导R与R1、R2之间的关系。
【答案】见解析
【解析】解:根据串联电路电压的关系可知
①
根据欧姆定律可知
、、 ②
将②代①可得
③
根据串联电路的电流规律可知
④
联立③④得
23.如图所示,根据欧姆定律和并联电路特点推导R与R1、R2的关系。
【答案】见解析
【解析】解:由并联电路电流规律可知
①
由欧姆定律可知
、、 ②
将②代入①得
③
有并联电路的电压特点可知
④
联立③④得
24.如图甲所示,同时闭合开关S和S1时,电流表示数为0.5A,断开开关S1时,电流表示数为0.3A,电压表示数如图乙所示,求电源电压和电阻R大小。
【答案】30V,60Ω
【解析】解:同时闭合开关S和S1时,定值电阻R0被短路,电路中只有电阻R工作,电流表测量电路的电流,电流表的示数为0.5A,根据欧姆定律可知电源电压为
……①
断开开关S1时,两电阻串联,电压表测量定值电阻R0两端的电压,电流表示数为0.3A,由图乙知电压表的量程为0~15V,分度值为0.5V,电压表的示数为12V,电源电压为
……②
由①②解得
R=60Ω,U=30V
答:电源电压为30V,电阻R为60Ω。
25.如图所示电路,电源电压保持不变,电阻R1=10Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω,灯泡电阻不随温度变化。闭合开关S,当开关S1、S2都断开,滑动变阻器的滑片P滑动到中点时,电流表的读数为0.4A;当开关S1、S2都闭合,滑动变阻器的滑片P滑动到最右端时,电流表的示数为0.9A,求:
(1)电源电压为多少?
(2)小灯泡的电阻是多少?
【答案】(1)8V;(2)16Ω
【解析】解:(1)闭合开关S,当开关S1、S2都断开,滑动变阻器的滑片P滑动到中点时,R1与R2阻值的一半串联,电流表测电路中的电流,电源的电压
(2)当闭合开关S,闭合开关S1、S2时,灯泡L与R2的最大阻值并联,电流表测干路电流,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,通过R2的电流
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,通过灯泡L的电流
IL=I′-I2=0.9A-0.4A=0.5A
则灯泡的电阻
答:(1)电源电压为8V;
(2)小灯泡的电阻是16Ω。
26.如图所示,电阻R1的阻值为20Ω,R2的阻值为30Ω,当开关S1断开、开关S2闭合时,电流表的示数为0.3A;当开关均闭合时,电流表的示数为0.5A,求:
(1)电源电压;
(2)电阻R3的阻值;
(3)当开关都断开时电流表的示数。
【答案】(1)6V;(2)30Ω;(3)0.12A
【解析】解:(1)由电路图可知,当开关S1断开、S2闭合时,电路为R1的简单电路,电流表测量电路电流,则电源电压
U=I1R1=0.3A×20Ω=6V
(2)当开关S、S1、S2均闭合时,R1、R3并联,电流表测量干路电流;因并联电路中各支路互不影响,所以通过R1的电流仍为0.3A,由并联电路的电流特点可知,通过R3的电流
I3=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A
电阻R3的阻值
(3)当开关S1、S2断开,R1、R2串联,电流表测量串联电路电流;由串联电路的电阻特点可知,电路中的总电阻
R=R1+R2=20Ω+30Ω=50Ω
则此时电路中的电流,即电流表的示数
答:(1)电源电压为6V;
(2)电阻R3的阻值为30Ω;
(3)当开关都断开时电流表的示数为0.12A。
27.如图所示,R1=R2=30Ω,R3=15Ω,电源电压恒定。若只闭合开关S时,电流表的示数是0.1A。求:
(1)电源电压;
(2)当开关S、S1闭合,S2断开时,电流表的示数;
(3)当S、S1、S2都闭合时,电流表的示数。
【答案】(1)4.5V;(2)0.3A;(3)0.45A
【解析】解:(1)由图可知,若只闭合开关S时,R1与R3串联,电流表测电路中电流,所以电路的总电阻
由欧姆定律可得,电源电压
(2)由图知,当开关S、S1闭合,S2断开时,电路为R3的简单电路,由欧姆定律电路中电流
即电流表示数为0.3A。
(3)由图知,当S、S1、S2都闭合时,R2与R3并联,电流表测干路电流,由并联电路特点可知
所以干路电流
即电流表示数为0.45A。
答:(1)电源电压为4.5V;
(2)当开关S、S1闭合,S2断开时,电流表的示数为0.3A;
(3)当S、S1、S2都闭合时,电流表的示数为0.45A。
28.长征二号F遥十三运载火箭于2021年10月16日0时23分按预定时间精准点火发射,搭载的神舟十三号载人飞船被成功送入太空。发射前,检验飞船舱体的气密性至关重要。某兴趣小组用封闭容器代替飞船舱体置于真空室中,设计了如图所示的电路,模拟检验飞船舱体的气密性。若密闭容器不漏气,则密闭容器与真空室中的气压不发生变化;若密闭容器漏气,则密闭容器中的气压减小,真空室中的气压增大。密闭容器中的正常环境气压为1.0×105Pa,电源电压U=12V,定值电阻R0=18Ω;R1和R2是两个相同的压敏电阻,其阻值随环境气压的变化如表中所示。
按要求回答下列问题:
(1)当开关S接a时,若电压表的示数为10.8V,请通过计算判断密闭容器是否漏气;
(2)若密闭容器漏气,开关S接b时,电流表的示数为0.3A,求此时真空室中的环境气压。
【答案】(1)密闭容器不漏气;(2)0.2×105Pa
【解析】解:(1)由电路图可知,当开关S接a时,定值电阻R0与压敏电阻R2串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量定值电阻R0两端的电压此时电路中的电流为
电路中的总电阻为
则压敏电阻R2此时的阻值为
R2=R-R0=20Ω-18Ω=2Ω
由表中数据可知,此时密闭容器中的环境气压为1.0×105Pa,等于密闭容器中的正常环境气压,故密闭容器不漏气。
(2)由电路图可知,当开关S接b时,定值电阻R0与压敏电阻R1串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量定值电阻R0两端的电压;此时电路中的总电阻为
则压敏电阻R1此时的阻值为
R1=R′-R0=40Ω-18Ω=22Ω
由表中数据可知,此时真空室中的环境气压为0.2×105Pa。
答:(1)密闭容器不漏气;
(2)真空室中的环境气压为0.2×105Pa。
29.如图,电流表量程0~0.6A,电压表量程0~15V,电阻R0=30Ω,电路两端电压恒为24V,求:
(1)当电流表示数为0.4A时,R0两端电压是多少V?此时滑动变阻器连入电路的阻值时多少Ω?
(2)当滑动变阻器连入电路的电阻太小时,电路中的电流会超过电流表量程,当滑动变阻器连入电路的电阻太大时,变阻器两端电压会超过电压表量程,求:在不超过电表量程的情况下,滑动变阻器连入电路的电阻范围。
【答案】(1)12V,30Ω;(2)10~50Ω
【解析】解:(1)电路中电阻R0和滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端电压,电流表测量电路中的电流。由欧姆定律可知,当电流表示数为0.4A时,电阻R0的电压
U0=IR0=0.4A×30Ω=12V
由串联电路电压的规律,滑动变阻器的电压
U滑=U﹣U0=24V﹣12V=12V
由欧姆定律,滑动变阻器的电阻
(2)由欧姆定律可知,电流表满偏时,此时电路的电阻最小,变阻器连入电路的电阻最小,由欧姆定律,R0两端电压为
U0′=I′R0=0.6A×30Ω=18V
滑动变阻器两端电压为
U滑′=U﹣U0′=24V﹣18V=6V
滑动变阻器的最小阻值
电压表满偏时滑动变阻器两端电压为
U滑″=15V
R0两端电压为
U0″=U﹣U滑″=24V﹣15V=9V
此时电路的电流
滑动变阻器最大阻值
故滑动变阻器阻止范围为10~50Ω。
答:(1)当电流表示数为0.4A时,R0两端电压是12V,此时滑动变阻器连入电路的阻值时30Ω;
(2)在不超过电表量程的情况下,滑动变阻器连入电路的电阻范围为10~50Ω。
30.如图甲电路中,电源电压保持不变,R0、R1均为定值电阻(R1允许通过电阻的最大电流为0.5A),电阻R2为滑动变阻器(1A、 10Ω),电流表的量程为0~0.6A。闭合开关S,改变R2的阻值,两电压表示数与电流表示数变化关系如图乙,当滑片在b端时电流表示数为0.3A。求:
(1)R1的阻值;
(2)若滑片置于变阻器的中点位置,电流表示数为0.4A,求电源电压U和R0的阻值;
(3)为了电路中各元件的安全,求滑动变阻器R2的最小值。
【答案】(1)8Ω;(2)6V, 2Ω;(3)2Ω
【解析】解:(1)由电路图可知,R0与R1、R2串联,电压表V1测R1和R2两端的电压之和,电压表V2测R2两端的电压,电流表测电路中的电流;所以电压表V1的示数大于电压表V2的示数,故图乙中线I表示电压表V1的示数与电流表A示数的关系,图线Ⅱ表示电压表V2的示数与电流表A示数的关系。当滑片在b端时,变阻器接入电路的阻值最大,电路中电流最小,由图乙可知,此时电路中电流为
Ib=0.3A
R2两端的电压为
U2=3V
R1和R2两端的电压之和为
U´=5.4V
则R1两端的电压为
U1=U´-U2=5.4V-3V=2.4V
R1的阻值为
R1===8Ω
(2)由题可知,当滑片在b端时电路中电流为0.3A,R2的最大阻值为10Ω,所以电源的电压为
U=IbR=Ib(R0+R1+R2)=0.3A×(R0+8Ω+10Ω)------①
滑片置于变阻器的中点位置,电流表示数为0.4A,则电源的电压为
U=I中R′=I中(R0+R1+R2)=0.4A×(R0+8Ω+×10Ω)-------②
由①②可得
U=6V
R0=2Ω
(3)因串联电路中各处的电流相等,且R1允许通过的最大电流为0.5A,R2允许通过的最大电流为1A,电流表的量程为0~0.6A,所以,电路中的最大电流为0.5A,此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小,此时电路的总电阻为
R″===12Ω
则滑动变阻器R2的最小值为
R2小=R″-R0-R1=12Ω-2Ω-8Ω=2Ω
答:(1)R1的阻值为8Ω;
(2)电源电压为6V,R0的阻值为2Ω;
(3)为了电路中各元件的安全,滑动变阻器R2的最小值为2Ω。
环境气压/(×105Pa)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
压敏电阻阻值/Ω
36
22
12
6
3
2
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