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6.图甲为一盏可调亮度的台灯，图乙为其用于调光的电位器结构图，A、B、P是它的三个接线柱，其中P与金属滑片相连。台灯内部简化电路如图丙所示，当顺时针转动电灯旋钮时，滑片会在弧形电阻丝上顺时针滑动，即可调节灯泡的亮度。已知电源电压为220 V，灯L的阻值为2 000 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为3 500 Ω。(不考虑灯丝电阻随温度的变化)求：
(1)当灯最亮时，通过灯L的电流。
(2)当通过灯L的电流为0.05 A时，滑动变阻器接入电路中的电阻。
(1)当灯最亮时，通过灯L的电流。
(2)当通过灯L的电流为0.05 A时，滑动变阻器接入电路中的电阻。
答案
6.(1)灯最亮时其两端电压为220 V,则通过灯的电流:
$I_\mathrm{L}=\frac{U}{R_\mathrm{L}}=\frac{220\ \mathrm{V}}{2000\ \Omega}=0.11\ \mathrm{A}$
(2)当通过灯L的电流为0.05 A时电路中的电阻为:
$R'=\frac{U}{I'}=\frac{220\ \mathrm{V}}{0.05\ \mathrm{A}}=4400\ \Omega$
滑动变阻器连入电路的电阻为:
$R_\mathrm{滑}=R'-R_\mathrm{L}=4400\ \Omega-2000\ \Omega=2400\ \Omega$
$I_\mathrm{L}=\frac{U}{R_\mathrm{L}}=\frac{220\ \mathrm{V}}{2000\ \Omega}=0.11\ \mathrm{A}$
(2)当通过灯L的电流为0.05 A时电路中的电阻为:
$R'=\frac{U}{I'}=\frac{220\ \mathrm{V}}{0.05\ \mathrm{A}}=4400\ \Omega$
滑动变阻器连入电路的电阻为:
$R_\mathrm{滑}=R'-R_\mathrm{L}=4400\ \Omega-2000\ \Omega=2400\ \Omega$
解析
【分析】
要解决这两个问题，首先明确电路为灯L与滑动变阻器R串联。对于问题(1)，灯最亮时电路电阻最小，滑动变阻器接入电阻为0，灯两端电压等于电源电压，利用欧姆定律即可计算电流；对于问题(2)，已知电路电流，先通过欧姆定律算出总电阻，再结合串联电路电阻规律，用总电阻减去灯的电阻得到滑动变阻器接入的电阻。
【解析】
(1) 灯最亮时，滑动变阻器接入电路的电阻为0，此时电路为灯L的简单电路，灯两端电压等于电源电压$U=220\ \mathrm{V}$。根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，通过灯L的电流：
$I_\mathrm{L}=\frac{U}{R_\mathrm{L}}=\frac{220\ \mathrm{V}}{2000\ \Omega}=0.11\ \mathrm{A}$。
(2) 当通过灯L的电流$I'=0.05\ \mathrm{A}$时，根据欧姆定律，电路的总电阻：
$R'=\frac{U}{I'}=\frac{220\ \mathrm{V}}{0.05\ \mathrm{A}}=4400\ \Omega$。
因为串联电路总电阻等于各分电阻之和，所以滑动变阻器接入电路的电阻：
$R_\mathrm{滑}=R'-R_\mathrm{L}=4400\ \Omega-2000\ \Omega=2400\ \Omega$。
【答案】
(1) $0.11\ \mathrm{A}$；(2) $2400\ \Omega$
【知识点】
欧姆定律、串联电路电阻规律
【点评】
本题结合电位器的实际应用考查欧姆定律的计算，核心是明确灯最亮时滑动变阻器的接入状态，属于基础电学计算题，注重对公式应用和串联电路特点的考查。
【难度系数】
0.6
要解决这两个问题，首先明确电路为灯L与滑动变阻器R串联。对于问题(1)，灯最亮时电路电阻最小，滑动变阻器接入电阻为0，灯两端电压等于电源电压，利用欧姆定律即可计算电流；对于问题(2)，已知电路电流，先通过欧姆定律算出总电阻，再结合串联电路电阻规律，用总电阻减去灯的电阻得到滑动变阻器接入的电阻。
【解析】
(1) 灯最亮时，滑动变阻器接入电路的电阻为0，此时电路为灯L的简单电路，灯两端电压等于电源电压$U=220\ \mathrm{V}$。根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，通过灯L的电流：
$I_\mathrm{L}=\frac{U}{R_\mathrm{L}}=\frac{220\ \mathrm{V}}{2000\ \Omega}=0.11\ \mathrm{A}$。
(2) 当通过灯L的电流$I'=0.05\ \mathrm{A}$时，根据欧姆定律，电路的总电阻：
$R'=\frac{U}{I'}=\frac{220\ \mathrm{V}}{0.05\ \mathrm{A}}=4400\ \Omega$。
因为串联电路总电阻等于各分电阻之和，所以滑动变阻器接入电路的电阻：
$R_\mathrm{滑}=R'-R_\mathrm{L}=4400\ \Omega-2000\ \Omega=2400\ \Omega$。
【答案】
(1) $0.11\ \mathrm{A}$；(2) $2400\ \Omega$
【知识点】
欧姆定律、串联电路电阻规律
【点评】
本题结合电位器的实际应用考查欧姆定律的计算，核心是明确灯最亮时滑动变阻器的接入状态，属于基础电学计算题，注重对公式应用和串联电路特点的考查。
【难度系数】
0.6
1.如图甲所示,白炽灯用耐热玻璃制成灯泡壳,内装钨丝,工作时电流通过钨丝使钨丝发热从而发光。小明家有一盏用了很久的白炽灯。他发现灯泡壳内壁出现黑色附着物,使得灯泡变黑(如图乙所示),并且白炽灯的亮度比新买时暗了许多。爱思考的小明用电流表测量通过白炽灯的电流,发现与同一型号新的白炽灯相比,用了很久的白炽灯的电流要小。请用所学的物理知识解释:
(1)灯泡壳内壁黑色附着物形成的原因。
(2)通过白炽灯的电流变小的原因。
(1)灯泡壳内壁黑色附着物形成的原因。
(2)通过白炽灯的电流变小的原因。
答案
1.(1)灯泡的钨丝在温度较高时会升华,由固态直接变成气态;这种气体遇到较冷的玻璃,又会直接凝华变成固体附着在灯泡内壁上,使得灯泡变黑。
(2)导体的电阻与导体的长度、材料、横截面积以及温度有关,在其他条件不变时,导体越细,导体的电阻越大。灯泡长时间使用,钨丝会变细,钨丝的电阻变大,在电压一定时,根据$I=\frac{U}{R}$可知通过灯泡的电流变小。
(2)导体的电阻与导体的长度、材料、横截面积以及温度有关,在其他条件不变时,导体越细,导体的电阻越大。灯泡长时间使用,钨丝会变细,钨丝的电阻变大,在电压一定时,根据$I=\frac{U}{R}$可知通过灯泡的电流变小。
解析
【分析】
本题需结合物态变化和电学知识解释两个现象：对于灯泡内壁变黑，要回忆固态和气态间的直接转化过程；对于电流变小，需结合电阻的影响因素和欧姆定律分析。解题时，先明确钨丝的物态变化过程，再分析钨丝变细对电阻的影响，最后根据电压不变的条件推导电流变化。
【解析】
(1) 白炽灯工作时，钨丝温度很高，固态钨会直接升华成钨蒸气；钨蒸气遇到温度较低的灯泡壳内壁，会直接凝华成固态钨，附着在灯泡壳内壁，因此内壁出现黑色附着物。
(2) 导体电阻与横截面积有关，材料、长度、温度不变时，横截面积越小电阻越大。白炽灯长时间使用，钨丝因升华逐渐变细，横截面积减小，电阻变大；家庭电路电压保持220V不变，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，电压一定时，电阻变大，通过灯泡的电流变小。
【答案】
(1) 灯泡的钨丝在温度较高时会升华，由固态直接变成气态；这种气体遇到较冷的玻璃，又会直接凝华变成固体附着在灯泡内壁上，使得灯泡变黑。
(2) 导体的电阻与导体的长度、材料、横截面积以及温度有关，在其他条件不变时，导体越细，导体的电阻越大。灯泡长时间使用，钨丝会变细，钨丝的电阻变大，在电压一定时，根据$I=\frac{U}{R}$可知通过灯泡的电流变小。
【知识点】
升华与凝华、电阻影响因素、欧姆定律
【点评】
本题结合生活中白炽灯的实际现象，考查物态变化和电学的基础应用，将物理知识与生活场景结合，体现了物理的实用性，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
本题需结合物态变化和电学知识解释两个现象：对于灯泡内壁变黑，要回忆固态和气态间的直接转化过程；对于电流变小，需结合电阻的影响因素和欧姆定律分析。解题时，先明确钨丝的物态变化过程，再分析钨丝变细对电阻的影响，最后根据电压不变的条件推导电流变化。
【解析】
(1) 白炽灯工作时，钨丝温度很高，固态钨会直接升华成钨蒸气；钨蒸气遇到温度较低的灯泡壳内壁，会直接凝华成固态钨，附着在灯泡壳内壁，因此内壁出现黑色附着物。
(2) 导体电阻与横截面积有关，材料、长度、温度不变时，横截面积越小电阻越大。白炽灯长时间使用，钨丝因升华逐渐变细，横截面积减小，电阻变大；家庭电路电压保持220V不变，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，电压一定时，电阻变大，通过灯泡的电流变小。
【答案】
(1) 灯泡的钨丝在温度较高时会升华，由固态直接变成气态；这种气体遇到较冷的玻璃，又会直接凝华变成固体附着在灯泡内壁上，使得灯泡变黑。
(2) 导体的电阻与导体的长度、材料、横截面积以及温度有关，在其他条件不变时，导体越细，导体的电阻越大。灯泡长时间使用，钨丝会变细，钨丝的电阻变大，在电压一定时，根据$I=\frac{U}{R}$可知通过灯泡的电流变小。
【知识点】
升华与凝华、电阻影响因素、欧姆定律
【点评】
本题结合生活中白炽灯的实际现象，考查物态变化和电学的基础应用，将物理知识与生活场景结合，体现了物理的实用性，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.5
2.如图所示,甲、乙两地相距$L$千米,两地之间沿直线架设了两条输电线,输电线每千米的电阻值是$R_0$。现输电导线某处发生了短路,为了确定短路位置,在切断原电源的情况下,请你在甲地利用实验室常用的电压表、电流表进行实验,获得检测数据,确定短路位置距甲地的距离。
(1)请在甲处的虚线框内把检测需要的器材与两条输电线连接起来,组成检测电路。
(2)请推导出短路位置距甲地的距离$s$的表达式。(用已知量、检测量表示,检测电路导线的电阻忽略不计)
(1)请在甲处的虚线框内把检测需要的器材与两条输电线连接起来,组成检测电路。
(2)请推导出短路位置距甲地的距离$s$的表达式。(用已知量、检测量表示,检测电路导线的电阻忽略不计)
答案
2.(1)如图所示。
(2)设电压表示数为$U$,电流表示数为$I$,则甲处到短路处输电导线的电阻:$R=\frac{U}{I}$
甲处到短路处输电导线的长度:$L'=\frac{R}{R_0}=\frac{U}{IR_0}$
甲处到短路处的距离:$s=\frac{L'}{2}=\frac{U}{2IR_0}$
解析
【分析】
要确定短路位置距甲地的距离，需先测量甲地到短路处两条输电线的总电阻：在甲地将电源、电流表与两条输电线串联，电压表并联在两条输电线两端，测出这段输电线的电压和电流，利用欧姆定律算出电阻；再根据输电线每千米的电阻，算出这段输电线的总长度，由于是两条输电线，短路位置距甲地的距离为总长度的一半，由此推导表达式。
【解析】
(1) 电路连接：在甲地虚线框内，将电源、电流表串联后接在两条输电线的两端，电压表并联在两条输电线的两端，如图所示。
(2) 设电压表示数为$U$，电流表示数为$I$，根据欧姆定律，甲地到短路处两条输电线的总电阻：$R=\frac{U}{I}$。
已知输电线每千米电阻为$R_0$，则甲地到短路处两条输电线的总长度：$L'=\frac{R}{R_0}=\frac{U}{IR_0}$。
因为输电线是两条，所以短路位置距甲地的距离为总长度的一半，即$s=\frac{L'}{2}=\frac{U}{2IR_0}$。
【答案】
(1) 如图所示。 (2) $s=\frac{U}{2IR_0}$
【知识点】
欧姆定律、电阻与长度的关系
【点评】
本题结合实际输电线短路问题，考查欧姆定律的应用，关键是明确输电线为两条，计算距离时需将总长度除以2，体现了物理知识在实际生活中的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5
要确定短路位置距甲地的距离，需先测量甲地到短路处两条输电线的总电阻：在甲地将电源、电流表与两条输电线串联，电压表并联在两条输电线两端，测出这段输电线的电压和电流，利用欧姆定律算出电阻；再根据输电线每千米的电阻，算出这段输电线的总长度，由于是两条输电线，短路位置距甲地的距离为总长度的一半，由此推导表达式。
【解析】
(1) 电路连接：在甲地虚线框内，将电源、电流表串联后接在两条输电线的两端，电压表并联在两条输电线的两端，如图所示。
(2) 设电压表示数为$U$，电流表示数为$I$，根据欧姆定律，甲地到短路处两条输电线的总电阻：$R=\frac{U}{I}$。
已知输电线每千米电阻为$R_0$，则甲地到短路处两条输电线的总长度：$L'=\frac{R}{R_0}=\frac{U}{IR_0}$。
因为输电线是两条，所以短路位置距甲地的距离为总长度的一半，即$s=\frac{L'}{2}=\frac{U}{2IR_0}$。
【答案】
(1) 如图所示。
(2) $s=\frac{U}{2IR_0}$【知识点】
欧姆定律、电阻与长度的关系
【点评】
本题结合实际输电线短路问题，考查欧姆定律的应用，关键是明确输电线为两条，计算距离时需将总长度除以2，体现了物理知识在实际生活中的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5
