1. 如图 Z-13-1(a)所示是电阻甲和乙的 I-U 图像,下列说法正确的是 (

A.电阻乙为定值电阻
B.当电阻甲两端电压为 2 V 时,$R_甲 = 0.4\ \Omega$
C.如图(b)所示,当开关闭合,电路中电流为0.2 A时,电路总电阻是 15 Ω
D.如图(c)所示,当开关闭合,电源电压为 2 V时,电路总电流为 0.4 A
C
)A.电阻乙为定值电阻
B.当电阻甲两端电压为 2 V 时,$R_甲 = 0.4\ \Omega$
C.如图(b)所示,当开关闭合,电路中电流为0.2 A时,电路总电阻是 15 Ω
D.如图(c)所示,当开关闭合,电源电压为 2 V时,电路总电流为 0.4 A
答案
1. C
解析
【分析】
本题结合I-U图像考查欧姆定律及串并联电路的特点,需逐一分析各选项:首先明确定值电阻的I-U图像为直线,再从图像中读取对应电压、电流值,结合串并联电路的规律和欧姆定律判断选项对错。
【解析】
逐一分析各选项:
1. 选项A:定值电阻的I-U图像是过原点的直线(电流与电压成正比),由图(a)可知,乙的I-U图像为曲线,说明乙的电阻随电压变化,不是定值电阻,故A错误。
2. 选项B:当甲两端电压为2V时,从图(a)得对应的电流为0.4A,根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,$R_甲=\frac{2V}{0.4A}=5\Omega$,并非0.4Ω,故B错误。
3. 选项C:图(b)中R甲与R乙串联,串联电路电流处处相等,当电路电流为0.2A时,甲、乙的电流均为0.2A。从图(a)可知,电流0.2A时,甲的电压为1V,乙的电压为2V,总电压$U_总=1V+2V=3V$,总电阻$R_总=\frac{U_总}{I}=\frac{3V}{0.2A}=15\Omega$,故C正确。
4. 选项D:图(c)中R甲与R乙并联,并联电路各支路电压相等,当电源电压为2V时,甲、乙的电压均为2V。从图(a)可知,电压2V时,甲的电流为0.4A,乙的电流为0.2A,总电流$I_总=0.4A+0.2A=0.6A$,并非0.4A,故D错误。
【答案】
C
【知识点】
I-U图像、欧姆定律、串并联电路特点
【点评】
本题需结合I-U图像提取电压、电流的对应值,再运用串并联电路规律和欧姆定律分析,考查学生的图像分析能力和公式应用能力,属于中等难度的电学综合题。
【难度系数】
0.6
本题结合I-U图像考查欧姆定律及串并联电路的特点,需逐一分析各选项:首先明确定值电阻的I-U图像为直线,再从图像中读取对应电压、电流值,结合串并联电路的规律和欧姆定律判断选项对错。
【解析】
逐一分析各选项:
1. 选项A:定值电阻的I-U图像是过原点的直线(电流与电压成正比),由图(a)可知,乙的I-U图像为曲线,说明乙的电阻随电压变化,不是定值电阻,故A错误。
2. 选项B:当甲两端电压为2V时,从图(a)得对应的电流为0.4A,根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,$R_甲=\frac{2V}{0.4A}=5\Omega$,并非0.4Ω,故B错误。
3. 选项C:图(b)中R甲与R乙串联,串联电路电流处处相等,当电路电流为0.2A时,甲、乙的电流均为0.2A。从图(a)可知,电流0.2A时,甲的电压为1V,乙的电压为2V,总电压$U_总=1V+2V=3V$,总电阻$R_总=\frac{U_总}{I}=\frac{3V}{0.2A}=15\Omega$,故C正确。
4. 选项D:图(c)中R甲与R乙并联,并联电路各支路电压相等,当电源电压为2V时,甲、乙的电压均为2V。从图(a)可知,电压2V时,甲的电流为0.4A,乙的电流为0.2A,总电流$I_总=0.4A+0.2A=0.6A$,并非0.4A,故D错误。
【答案】
C
【知识点】
I-U图像、欧姆定律、串并联电路特点
【点评】
本题需结合I-U图像提取电压、电流的对应值,再运用串并联电路规律和欧姆定律分析,考查学生的图像分析能力和公式应用能力,属于中等难度的电学综合题。
【难度系数】
0.6
2.(2024常州金坛区一模)如图Z-13-2甲所示电路,电源电压保持不变,闭合开关S,调节滑动变阻器$R_2$接入电路的阻值从最大变化到最小,$R_1$和$R_2$中的某个电阻其“I-U”关系图像如图乙所示,则下列说法正确的是(

A.$R_1$的阻值是$20\ \Omega$
B.$R_2$的最大阻值是$30\ \Omega$
C.电流表的示数变化范围是$0~0.2\ \mathrm{A}$
D.电压表$\mathrm{V}_2$的示数变化范围是$0~4\ \mathrm{V}$
D
)A.$R_1$的阻值是$20\ \Omega$
B.$R_2$的最大阻值是$30\ \Omega$
C.电流表的示数变化范围是$0~0.2\ \mathrm{A}$
D.电压表$\mathrm{V}_2$的示数变化范围是$0~4\ \mathrm{V}$
答案
2. D
解析
【分析】
首先分析电路:图甲中R₁与R₂串联,电流表测电路电流,电压表V₁测R₁两端电压,V₂测R₂两端电压。定值电阻R₁的I-U图像是电压随电流增大而增大的直线,滑动变阻器R₂的电压随电流增大而减小,因此图乙是R₁的I-U图像。接下来结合串联电路规律和欧姆定律,分析各选项:当R₂阻值最小时,电路电流最大,R₂电压为0,此时R₁电压等于电源电压;当R₂阻值最大时,电路电流最小,总电阻最大,据此计算相关物理量,判断选项正误。
【解析】
1. 判断图像对应电阻:R₁是定值电阻,I-U图像为电压随电流增大而增大的直线,R₂电压随电流增大而减小,故图乙是R₁的I-U图像。
2. 求电源电压:当R₂阻值最小时,电路电流最大,由图乙知最大电流I大=0.6A,此时R₂两端电压为0,因此电源电压U=U₁=6V。
3. 分析选项A:R₁的阻值R₁=U/I大=6V/0.6A=10Ω≠20Ω,A错误。
4. 分析选项B:当R₂阻值最大时,电路电流最小,由图乙知最小电流I小=0.2A,总电阻R总=U/I小=6V/0.2A=30Ω,R₂最大阻值R₂大=R总-R₁=30Ω-10Ω=20Ω≠30Ω,B错误。
5. 分析选项C:电流表的示数变化范围是0.2A~0.6A,不是0~0.2A,C错误。
6. 分析选项D:电压表V₂测R₂电压,当电流最大时,R₂电压U₂小=0V;当电流最小时,R₂电压U₂大=I小×R₂大=0.2A×20Ω=4V,故V₂示数变化范围是0~4V,D正确。
【答案】
D
【知识点】
欧姆定律、串联电路电压规律、I-U图像分析
【点评】
本题结合串联电路特点和I-U图像,考查欧姆定律的应用,关键是判断出图乙对应的电阻,再结合滑动变阻器阻值变化分析电表示数变化,需理清各物理量间的关系。
【难度系数】
0.5
首先分析电路:图甲中R₁与R₂串联,电流表测电路电流,电压表V₁测R₁两端电压,V₂测R₂两端电压。定值电阻R₁的I-U图像是电压随电流增大而增大的直线,滑动变阻器R₂的电压随电流增大而减小,因此图乙是R₁的I-U图像。接下来结合串联电路规律和欧姆定律,分析各选项:当R₂阻值最小时,电路电流最大,R₂电压为0,此时R₁电压等于电源电压;当R₂阻值最大时,电路电流最小,总电阻最大,据此计算相关物理量,判断选项正误。
【解析】
1. 判断图像对应电阻:R₁是定值电阻,I-U图像为电压随电流增大而增大的直线,R₂电压随电流增大而减小,故图乙是R₁的I-U图像。
2. 求电源电压:当R₂阻值最小时,电路电流最大,由图乙知最大电流I大=0.6A,此时R₂两端电压为0,因此电源电压U=U₁=6V。
3. 分析选项A:R₁的阻值R₁=U/I大=6V/0.6A=10Ω≠20Ω,A错误。
4. 分析选项B:当R₂阻值最大时,电路电流最小,由图乙知最小电流I小=0.2A,总电阻R总=U/I小=6V/0.2A=30Ω,R₂最大阻值R₂大=R总-R₁=30Ω-10Ω=20Ω≠30Ω,B错误。
5. 分析选项C:电流表的示数变化范围是0.2A~0.6A,不是0~0.2A,C错误。
6. 分析选项D:电压表V₂测R₂电压,当电流最大时,R₂电压U₂小=0V;当电流最小时,R₂电压U₂大=I小×R₂大=0.2A×20Ω=4V,故V₂示数变化范围是0~4V,D正确。
【答案】
D
【知识点】
欧姆定律、串联电路电压规律、I-U图像分析
【点评】
本题结合串联电路特点和I-U图像,考查欧姆定律的应用,关键是判断出图乙对应的电阻,再结合滑动变阻器阻值变化分析电表示数变化,需理清各物理量间的关系。
【难度系数】
0.5
3. 如图Z-13-3甲所示,电源电压恒定,闭合开关S后,将滑动变阻器的滑片从最右端移至灯泡正常发光的位置,此过程中电流表示数与两个电压表示数的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是(

A.曲线a是电流表示数与电压表V₂示数的关系图像
B.电源电压为11 V
C.灯泡正常发光的电流为0.2 A
D.滑动变阻器的最大阻值是15 Ω
B
)A.曲线a是电流表示数与电压表V₂示数的关系图像
B.电源电压为11 V
C.灯泡正常发光的电流为0.2 A
D.滑动变阻器的最大阻值是15 Ω
答案
3. B
解析
【分析】首先分析甲图电路:滑动变阻器与灯泡串联,电流表测电路电流,V₂测滑动变阻器两端电压,V₁测灯泡两端电压。当滑片从最右端(滑动变阻器电阻最大)向灯泡正常发光位置移动时,滑动变阻器电阻减小,电路电流I增大。根据串联电路特点,滑动变阻器电压U滑=IR滑(R滑减小,故U滑减小),对应乙图中曲线b;灯泡电压U灯=IR灯(R灯随温度升高而增大,故U灯增大),对应曲线a。结合乙图数据,当电流I=0.2A时,滑动变阻器电压为9V,灯泡电压为2V,总电压为两者之和,据此分析各选项。
【解析】
1. 曲线对应物理量判断:滑动变阻器电阻减小时,电流增大,其两端电压减小,故曲线b为电流与V₂示数(滑动变阻器电压)的关系;灯泡两端电压随电流增大而增大,故曲线a为电流与V₁示数(灯泡电压)的关系。
2. 电源电压计算:串联电路总电压等于各部分电压之和,当电流I=0.2A时,滑动变阻器电压U滑=9V(曲线b),灯泡电压U灯=2V(曲线a),因此电源电压U总=U滑+U灯=9V+2V=11V。
3. 选项分析:
A选项:曲线a对应灯泡电压(V₁示数),V₂示数对应曲线b,故A错误。
B选项:由上述计算,电源电压为11V,故B正确。
C选项:灯泡正常发光时电流最大,乙图中最大电流为0.6A,故C错误。
D选项:滑动变阻器最大阻值对应电流最小(I=0.2A)时,R滑最大=U滑/I=9V/0.2A=45Ω≠15Ω,故D错误。
【答案】B
【知识点】串联电路电压规律、欧姆定律、I-U图像分析
【点评】本题结合串联电路特点和I-U图像分析,关键是正确判断曲线对应的物理量,再结合欧姆定律计算,需理清电路关系,难度中等。
【难度系数】0.5
【解析】
1. 曲线对应物理量判断:滑动变阻器电阻减小时,电流增大,其两端电压减小,故曲线b为电流与V₂示数(滑动变阻器电压)的关系;灯泡两端电压随电流增大而增大,故曲线a为电流与V₁示数(灯泡电压)的关系。
2. 电源电压计算:串联电路总电压等于各部分电压之和,当电流I=0.2A时,滑动变阻器电压U滑=9V(曲线b),灯泡电压U灯=2V(曲线a),因此电源电压U总=U滑+U灯=9V+2V=11V。
3. 选项分析:
A选项:曲线a对应灯泡电压(V₁示数),V₂示数对应曲线b,故A错误。
B选项:由上述计算,电源电压为11V,故B正确。
C选项:灯泡正常发光时电流最大,乙图中最大电流为0.6A,故C错误。
D选项:滑动变阻器最大阻值对应电流最小(I=0.2A)时,R滑最大=U滑/I=9V/0.2A=45Ω≠15Ω,故D错误。
【答案】B
【知识点】串联电路电压规律、欧姆定律、I-U图像分析
【点评】本题结合串联电路特点和I-U图像分析,关键是正确判断曲线对应的物理量,再结合欧姆定律计算,需理清电路关系,难度中等。
【难度系数】0.5
4. (2025 广安)如图 Z-13-4 甲所示,电源电压保持不变,小灯泡 L 的额定电压为 6 V,闭合开关 S后,当滑片 P 从滑动变阻器最右端滑到最左端的过程中,小灯泡 L 的 U-I 关系图像如图乙所示,则电源电压为

图 Z-13-4
6
V,滑动变阻器的最大阻值为 20
Ω。图 Z-13-4
答案
4. 6 20
解析
【分析】
首先分析电路:图甲中,小灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测小灯泡两端电压,电流表测电路电流。当滑片滑到滑动变阻器最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,此时电路只有小灯泡,其两端电压等于电源电压;当滑片滑到最右端时,滑动变阻器接入电阻最大,电路电流最小,结合图乙的U-I图像提取对应数据,利用串联电路规律和欧姆定律计算即可。
【解析】
1. 求电源电压:当滑片P滑到滑动变阻器最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,电路为小灯泡的简单电路,小灯泡两端电压等于电源电压。由图乙可知,当电路电流I=0.4A时,小灯泡两端电压为6V,因此电源电压U=6V。
2. 求滑动变阻器最大阻值:当滑片P滑到滑动变阻器最右端时,滑动变阻器接入电阻最大,电路电流最小。由图乙可知,此时电路电流I'=0.2A,小灯泡两端电压U_L'=2V。根据串联电路电压规律,滑动变阻器两端电压U_R=U - U_L'=6V - 2V=4V。根据欧姆定律,滑动变阻器的最大阻值R=U_R/I'=4V/0.2A=20Ω。
【答案】
6;20
【知识点】
串联电路电压规律;欧姆定律;U-I图像分析
【点评】
本题结合串联电路特点和U-I图像,考查电源电压与滑动变阻器最大阻值的计算,关键是明确滑片在不同位置时的电路状态,从图像中提取有效数据,属于中等难度的电路计算题。
【难度系数】
0.5
首先分析电路:图甲中,小灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测小灯泡两端电压,电流表测电路电流。当滑片滑到滑动变阻器最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,此时电路只有小灯泡,其两端电压等于电源电压;当滑片滑到最右端时,滑动变阻器接入电阻最大,电路电流最小,结合图乙的U-I图像提取对应数据,利用串联电路规律和欧姆定律计算即可。
【解析】
1. 求电源电压:当滑片P滑到滑动变阻器最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,电路为小灯泡的简单电路,小灯泡两端电压等于电源电压。由图乙可知,当电路电流I=0.4A时,小灯泡两端电压为6V,因此电源电压U=6V。
2. 求滑动变阻器最大阻值:当滑片P滑到滑动变阻器最右端时,滑动变阻器接入电阻最大,电路电流最小。由图乙可知,此时电路电流I'=0.2A,小灯泡两端电压U_L'=2V。根据串联电路电压规律,滑动变阻器两端电压U_R=U - U_L'=6V - 2V=4V。根据欧姆定律,滑动变阻器的最大阻值R=U_R/I'=4V/0.2A=20Ω。
【答案】
6;20
【知识点】
串联电路电压规律;欧姆定律;U-I图像分析
【点评】
本题结合串联电路特点和U-I图像,考查电源电压与滑动变阻器最大阻值的计算,关键是明确滑片在不同位置时的电路状态,从图像中提取有效数据,属于中等难度的电路计算题。
【难度系数】
0.5
5. 如图 Z-13-5 甲所示的电路中,电源电压恒定,$R_1$、$R_2$是定值电阻,$R_3$是滑动变阻器。闭合开关 S,将滑动变阻器的滑片 P 由 a 端移到 b 端,两电压表示数与电流表示数之间的关系如图乙所示,则

图 Z-13-5
BC
(选填“AB”或“BC”)段是电压表 $\mathrm{V}_2$ 示数变化的图像,电源电压为 12
V。图 Z-13-5
答案
5. BC 12
解析
【分析】首先分析电路:甲图中$R_1$、$R_2$、$R_3$串联,电流表测电路总电流,$\mathrm{V}_1$测$R_2$和$R_3$的总电压,$\mathrm{V}_2$测$R_2$两端电压。当滑片$P$从$a$端移到$b$端,滑动变阻器$R_3$接入电阻变小,电路总电阻减小,电流$I$增大。定值电阻$R_2$的电压$U_2=IR_2$,电流增大时$U_2$增大,对应电压随电流增大的图像;而$\mathrm{V}_1$的电压为$R_2+R_3$的总电压,随电流增大而减小,据此判断$\mathrm{V}_2$的图像,再利用串联电路电压规律和欧姆定律求电源电压。
【解析】
1. 判断$\mathrm{V}_2$的示数变化图像:$R_2$是定值电阻,根据欧姆定律$U=IR$,电流$I$增大时,$R_2$两端电压($\mathrm{V}_2$的示数)增大,图乙中电压随电流增大的是$BC$段,故$BC$段是$\mathrm{V}_2$的变化图像。
2. 求电源电压:设电源电压为$U$,$R_1$为定值电阻。当电流$I_1=0.2\,\mathrm{A}$时,$\mathrm{V}_1$示数为$9.6\,\mathrm{V}$,根据串联电路电压规律:$U=I_1R_1 + U_{\mathrm{V1}}=0.2R_1 +9.6$;当电流$I_2=0.6\,\mathrm{A}$时,$\mathrm{V}_1$示数为$4.8\,\mathrm{V}$,同理:$U=I_2R_1 + U_{\mathrm{V1}}'=0.6R_1 +4.8$。联立两式:$0.2R_1 +9.6=0.6R_1 +4.8$,解得$R_1=12\,\Omega$,代入得$U=0.2×12 +9.6=12\,\mathrm{V}$。
【答案】BC;12
【知识点】串联电路电压规律;欧姆定律;U-I图像分析
【点评】本题需结合串联电路特点和欧姆定律,先通过电压随电流的变化关系判断电压表对应的图像,再联立方程求解电源电压,关键是明确各电表的测量对象及电压变化规律。
【难度系数】0.5
【解析】
1. 判断$\mathrm{V}_2$的示数变化图像:$R_2$是定值电阻,根据欧姆定律$U=IR$,电流$I$增大时,$R_2$两端电压($\mathrm{V}_2$的示数)增大,图乙中电压随电流增大的是$BC$段,故$BC$段是$\mathrm{V}_2$的变化图像。
2. 求电源电压:设电源电压为$U$,$R_1$为定值电阻。当电流$I_1=0.2\,\mathrm{A}$时,$\mathrm{V}_1$示数为$9.6\,\mathrm{V}$,根据串联电路电压规律:$U=I_1R_1 + U_{\mathrm{V1}}=0.2R_1 +9.6$;当电流$I_2=0.6\,\mathrm{A}$时,$\mathrm{V}_1$示数为$4.8\,\mathrm{V}$,同理:$U=I_2R_1 + U_{\mathrm{V1}}'=0.6R_1 +4.8$。联立两式:$0.2R_1 +9.6=0.6R_1 +4.8$,解得$R_1=12\,\Omega$,代入得$U=0.2×12 +9.6=12\,\mathrm{V}$。
【答案】BC;12
【知识点】串联电路电压规律;欧姆定律;U-I图像分析
【点评】本题需结合串联电路特点和欧姆定律,先通过电压随电流的变化关系判断电压表对应的图像,再联立方程求解电源电压,关键是明确各电表的测量对象及电压变化规律。
【难度系数】0.5
6. (2025南京秦淮区一模)电子握力计的模拟电路
如图Z-13-6甲所示,电源电压恒为6 V,定值电阻$R_0=5\ \Omega$,手柄A与滑片固定在一起,长度为5 cm的均匀金属棒R的总阻值为25 Ω,绝缘支架B固定不动,滑片可在ab之间滑动,当滑片处于a端时弹簧恰好处于原长,弹簧的形变量$\Delta L$与握力F的大小关系如图乙所示。握力计由电流表(测量范围为0~0.6 A)改装而成,其表盘的零刻度应标在电流表表盘的

图Z-13-6
如图Z-13-6甲所示,电源电压恒为6 V,定值电阻$R_0=5\ \Omega$,手柄A与滑片固定在一起,长度为5 cm的均匀金属棒R的总阻值为25 Ω,绝缘支架B固定不动,滑片可在ab之间滑动,当滑片处于a端时弹簧恰好处于原长,弹簧的形变量$\Delta L$与握力F的大小关系如图乙所示。握力计由电流表(测量范围为0~0.6 A)改装而成,其表盘的零刻度应标在电流表表盘的
0.2
A处;在安全范围内,握力计所能承受的最大握力值为800
N。若用电压表(测量范围为0~3 V)改装为握力计,如图丙所示,则该握力计的刻度不均匀
(选填“均匀”或“不均匀”);与改装前相比,握力计所能承受的握力的最大值变小
(选填“变大”“不变”或“变小”)。图Z-13-6
答案
6. 0.2 800 不均匀 变小
解析
【分析】
要解决该问题,需结合欧姆定律、滑动变阻器的特性及图像信息逐步分析:
1. 电流表零刻度对应握力为0的情况,此时滑片在a端,滑动变阻器接入最大电阻,计算电路电流即可;
2. 最大握力对应电流表达到量程上限,先算总电阻,再得滑动变阻器接入电阻,结合其电阻与长度的关系,从图乙找对应握力;
3. 电压表改装时,分析电压表示数与滑动变阻器接入电阻的关系,判断是否线性,确定刻度均匀性;再根据电压表量程计算最大允许的握力,与之前比较变化。
【解析】
1. 电流表零刻度计算:
当握力为0时,滑片在a端,滑动变阻器接入最大电阻$R=25\ \Omega$,总电阻$R_{总}=R_0+R=5\ \Omega+25\ \Omega=30\ \Omega$,电路电流$I=\frac{U}{R_{总}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{30\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$,即电流表零刻度为$0.2\ \mathrm{A}$。
2. 电流表改装的最大握力:
电流表量程为$0∼0.6\ \mathrm{A}$,最大电流$I_{max}=0.6\ \mathrm{A}$,此时总电阻$R_{总}'=\frac{U}{I_{max}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$,滑动变阻器接入电阻$R_{接入}=R_{总}'-R_0=10\ \Omega-5\ \Omega=5\ \Omega$。
滑动变阻器总长度$5\ \mathrm{cm}$,总阻值$25\ \Omega$,故每$\mathrm{cm}$对应电阻为$\frac{25\ \Omega}{5\ \mathrm{cm}}=5\ \Omega/\mathrm{cm}$,接入$5\ \Omega$对应滑片到b的长度为$1\ \mathrm{cm}$,滑片移动距离$\Delta L=5\ \mathrm{cm}-1\ \mathrm{cm}=4\ \mathrm{cm}$。
由图乙,$\Delta L=4\ \mathrm{cm}$对应握力$F=800\ \mathrm{N}$,即最大握力为$800\ \mathrm{N}$。
3. 电压表改装的刻度均匀性:
丙图中,电压表测滑动变阻器接入电阻$R_{接入}$的电压,电路电流$I=\frac{U}{R_0+R_{接入}}$,电压表示数$U_V=I· R_{接入}=\frac{U R_{接入}}{R_0+R_{接入}}$。该式中$U_V$与$R_{接入}$非线性,而$R_{接入}$与$\Delta L$线性,故$U_V$与$\Delta L$非线性,刻度不均匀。
4. 电压表改装的最大握力变化:
电压表量程$0∼3\ \mathrm{V}$,即$U_V=3\ \mathrm{V}$,代入$U_V=\frac{6\ \mathrm{V}· R_{接入}}{5\ \Omega+R_{接入}}=3\ \mathrm{V}$,解得$R_{接入}=5\ \Omega$,对应$\Delta L=1\ \mathrm{cm}$,由图乙得对应握力$F=200\ \mathrm{N}$,小于原来的$800\ \mathrm{N}$,故最大值变小。
【答案】
0.2;800;不均匀;变小
【知识点】
欧姆定律、滑动变阻器应用、图像分析
【点评】
本题结合电路知识与图像信息,考查欧姆定律的综合应用,需区分电流表、电压表改装握力计的电路差异,明确各物理量的线性/非线性关系,对分析能力要求较高。
【难度系数】
0.5
要解决该问题,需结合欧姆定律、滑动变阻器的特性及图像信息逐步分析:
1. 电流表零刻度对应握力为0的情况,此时滑片在a端,滑动变阻器接入最大电阻,计算电路电流即可;
2. 最大握力对应电流表达到量程上限,先算总电阻,再得滑动变阻器接入电阻,结合其电阻与长度的关系,从图乙找对应握力;
3. 电压表改装时,分析电压表示数与滑动变阻器接入电阻的关系,判断是否线性,确定刻度均匀性;再根据电压表量程计算最大允许的握力,与之前比较变化。
【解析】
1. 电流表零刻度计算:
当握力为0时,滑片在a端,滑动变阻器接入最大电阻$R=25\ \Omega$,总电阻$R_{总}=R_0+R=5\ \Omega+25\ \Omega=30\ \Omega$,电路电流$I=\frac{U}{R_{总}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{30\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$,即电流表零刻度为$0.2\ \mathrm{A}$。
2. 电流表改装的最大握力:
电流表量程为$0∼0.6\ \mathrm{A}$,最大电流$I_{max}=0.6\ \mathrm{A}$,此时总电阻$R_{总}'=\frac{U}{I_{max}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$,滑动变阻器接入电阻$R_{接入}=R_{总}'-R_0=10\ \Omega-5\ \Omega=5\ \Omega$。
滑动变阻器总长度$5\ \mathrm{cm}$,总阻值$25\ \Omega$,故每$\mathrm{cm}$对应电阻为$\frac{25\ \Omega}{5\ \mathrm{cm}}=5\ \Omega/\mathrm{cm}$,接入$5\ \Omega$对应滑片到b的长度为$1\ \mathrm{cm}$,滑片移动距离$\Delta L=5\ \mathrm{cm}-1\ \mathrm{cm}=4\ \mathrm{cm}$。
由图乙,$\Delta L=4\ \mathrm{cm}$对应握力$F=800\ \mathrm{N}$,即最大握力为$800\ \mathrm{N}$。
3. 电压表改装的刻度均匀性:
丙图中,电压表测滑动变阻器接入电阻$R_{接入}$的电压,电路电流$I=\frac{U}{R_0+R_{接入}}$,电压表示数$U_V=I· R_{接入}=\frac{U R_{接入}}{R_0+R_{接入}}$。该式中$U_V$与$R_{接入}$非线性,而$R_{接入}$与$\Delta L$线性,故$U_V$与$\Delta L$非线性,刻度不均匀。
4. 电压表改装的最大握力变化:
电压表量程$0∼3\ \mathrm{V}$,即$U_V=3\ \mathrm{V}$,代入$U_V=\frac{6\ \mathrm{V}· R_{接入}}{5\ \Omega+R_{接入}}=3\ \mathrm{V}$,解得$R_{接入}=5\ \Omega$,对应$\Delta L=1\ \mathrm{cm}$,由图乙得对应握力$F=200\ \mathrm{N}$,小于原来的$800\ \mathrm{N}$,故最大值变小。
【答案】
0.2;800;不均匀;变小
【知识点】
欧姆定律、滑动变阻器应用、图像分析
【点评】
本题结合电路知识与图像信息,考查欧姆定律的综合应用,需区分电流表、电压表改装握力计的电路差异,明确各物理量的线性/非线性关系,对分析能力要求较高。
【难度系数】
0.5
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