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9. 提升题 如图7所示，电源电压保持不变，电流表的测量范围为$0～3\ \mathrm{A}$，$R_1=R_2=20\ \Omega$，$R_3=10\ \Omega$。当只闭合开关$S_1$时，电流表的示数是$0.3\ \mathrm{A}$。
(1)电源电压是多少？
(2)当只闭合开关$S_3$时，$R_2$两端的电压是多少？
(3)通过调整开关的开合，电流表能达到的最大示数是多少？
(1)电源电压是多少？
(2)当只闭合开关$S_3$时，$R_2$两端的电压是多少？
(3)通过调整开关的开合，电流表能达到的最大示数是多少？
答案
解:(1)由图可知,当只闭合开关$S_1$时,$R_3$断路,$R_1$、$R_2$串联,电源电压$U=I_1(R_1+R_2)=0.3\ \mathrm{A}×(20\ \Omega+20\ \Omega)=12\ \mathrm{V}$。
(2)当只闭合开关$S_3$时,$R_1$断路,$R_2$、$R_3$串联,此时电路中的电流$I_2=\frac{U}{R_2+R_3}=\frac{12\ \mathrm{V}}{20\ \Omega+10\ \Omega}=0.4\ \mathrm{A}$,$R_2$两端的电压$U_2=I_2R_2=0.4\ \mathrm{A}×20\ \Omega=8\ \mathrm{V}$。
(3)当$S_1$、$S_2$、$S_3$均闭合时,$R_2$被短路,$R_1$、$R_3$并联,此时电流表的示数最大。通过$R_1$的电流$I_1'=\frac{U}{R_1}=\frac{12\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$,通过$R_3$的电流$I_3=\frac{U}{R_3}=\frac{12\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=1.2\ \mathrm{A}$,电流表的最大示数$I_大=I_1'+I_3=0.6\ \mathrm{A}+1.2\ \mathrm{A}=1.8\ \mathrm{A}$。
(2)当只闭合开关$S_3$时,$R_1$断路,$R_2$、$R_3$串联,此时电路中的电流$I_2=\frac{U}{R_2+R_3}=\frac{12\ \mathrm{V}}{20\ \Omega+10\ \Omega}=0.4\ \mathrm{A}$,$R_2$两端的电压$U_2=I_2R_2=0.4\ \mathrm{A}×20\ \Omega=8\ \mathrm{V}$。
(3)当$S_1$、$S_2$、$S_3$均闭合时,$R_2$被短路,$R_1$、$R_3$并联,此时电流表的示数最大。通过$R_1$的电流$I_1'=\frac{U}{R_1}=\frac{12\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$,通过$R_3$的电流$I_3=\frac{U}{R_3}=\frac{12\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=1.2\ \mathrm{A}$,电流表的最大示数$I_大=I_1'+I_3=0.6\ \mathrm{A}+1.2\ \mathrm{A}=1.8\ \mathrm{A}$。
解析
【分析】
首先需明确不同开关状态下的电路连接方式：
1. 只闭合S₁时，R₃断路，R₁与R₂串联，电流表测串联电路电流，利用串联电阻规律和欧姆定律可求电源电压；
2. 只闭合S₃时，R₁断路，R₂与R₃串联，先求电路电流，再结合欧姆定律计算R₂两端电压；
3. 要使电流表示数最大，需让总电阻最小，即R₁、R₃并联（此时S₁、S₂、S₃均闭合，R₂被短路），根据并联电路电流规律计算干路电流，同时不超过电流表量程。
【解析】
解：
(1) 当只闭合开关S₁时，R₃断路，R₁与R₂串联，电流表测电路电流I₁=0.3A，
串联电路总电阻：$R_{串}=R_1+R_2=20\ \Omega+20\ \Omega=40\ \Omega$，
由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$得，电源电压：$U=I_1R_{串}=0.3\ \mathrm{A}×40\ \Omega=12\ \mathrm{V}$；
(2) 当只闭合开关S₃时，R₁断路，R₂与R₃串联，总电阻：$R_{串}'=R_2+R_3=20\ \Omega+10\ \Omega=30\ \Omega$，
电路电流：$I_2=\frac{U}{R_{串}'}=\frac{12\ \mathrm{V}}{30\ \Omega}=0.4\ \mathrm{A}$，
R₂两端电压：$U_2=I_2R_2=0.4\ \mathrm{A}×20\ \Omega=8\ \mathrm{V}$；
(3) 当S₁、S₂、S₃均闭合时，R₂被短路，R₁与R₃并联，电流表测干路电流，此时总电阻最小，电流最大。
并联电路各支路电压等于电源电压，
通过R₁的电流：$I_1'=\frac{U}{R_1}=\frac{12\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$，
通过R₃的电流：$I_3=\frac{U}{R_3}=\frac{12\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=1.2\ \mathrm{A}$，
干路最大电流：$I_大=I_1'+I_3=0.6\ \mathrm{A}+1.2\ \mathrm{A}=1.8\ \mathrm{A}$，且1.8A＜3A，符合电流表量程要求。
【答案】
(1) 电源电压是12V；(2) R₂两端的电压是8V；(3) 电流表能达到的最大示数是1.8A。
【知识点】
欧姆定律、串联电路特点、并联电路特点
【点评】
本题考查串并联电路规律与欧姆定律的综合应用，核心是正确分析不同开关状态下的电路结构，明确电流表测量对象，难度适中，需学生掌握电路分析的基本方法。
【难度系数】
0.5
首先需明确不同开关状态下的电路连接方式：
1. 只闭合S₁时，R₃断路，R₁与R₂串联，电流表测串联电路电流，利用串联电阻规律和欧姆定律可求电源电压；
2. 只闭合S₃时，R₁断路，R₂与R₃串联，先求电路电流，再结合欧姆定律计算R₂两端电压；
3. 要使电流表示数最大，需让总电阻最小，即R₁、R₃并联（此时S₁、S₂、S₃均闭合，R₂被短路），根据并联电路电流规律计算干路电流，同时不超过电流表量程。
【解析】
解：
(1) 当只闭合开关S₁时，R₃断路，R₁与R₂串联，电流表测电路电流I₁=0.3A，
串联电路总电阻：$R_{串}=R_1+R_2=20\ \Omega+20\ \Omega=40\ \Omega$，
由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$得，电源电压：$U=I_1R_{串}=0.3\ \mathrm{A}×40\ \Omega=12\ \mathrm{V}$；
(2) 当只闭合开关S₃时，R₁断路，R₂与R₃串联，总电阻：$R_{串}'=R_2+R_3=20\ \Omega+10\ \Omega=30\ \Omega$，
电路电流：$I_2=\frac{U}{R_{串}'}=\frac{12\ \mathrm{V}}{30\ \Omega}=0.4\ \mathrm{A}$，
R₂两端电压：$U_2=I_2R_2=0.4\ \mathrm{A}×20\ \Omega=8\ \mathrm{V}$；
(3) 当S₁、S₂、S₃均闭合时，R₂被短路，R₁与R₃并联，电流表测干路电流，此时总电阻最小，电流最大。
并联电路各支路电压等于电源电压，
通过R₁的电流：$I_1'=\frac{U}{R_1}=\frac{12\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$，
通过R₃的电流：$I_3=\frac{U}{R_3}=\frac{12\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=1.2\ \mathrm{A}$，
干路最大电流：$I_大=I_1'+I_3=0.6\ \mathrm{A}+1.2\ \mathrm{A}=1.8\ \mathrm{A}$，且1.8A＜3A，符合电流表量程要求。
【答案】
(1) 电源电压是12V；(2) R₂两端的电压是8V；(3) 电流表能达到的最大示数是1.8A。
【知识点】
欧姆定律、串联电路特点、并联电路特点
【点评】
本题考查串并联电路规律与欧姆定律的综合应用，核心是正确分析不同开关状态下的电路结构，明确电流表测量对象，难度适中，需学生掌握电路分析的基本方法。
【难度系数】
0.5
10.某物理兴趣小组想要设计一个模拟调光灯的电路。
(1)该小组利用滑动变阻器设计了图8甲所示的电路,此电路是通过改变连入电路的电阻丝的
(2)该小组利用电位器设计了图8乙所示的电路,增加电阻$R_0$的作用是
(3)该小组利用光敏电阻$R$和发光二极管设计了图8丙所示的智能调光电路,图8丁为光敏电阻的阻值$R$随光照度$E$变化的图像。由图像可知随着照度的增强,$R$的阻值
(4)常见的LED灯是由发光二极管组成的,它是一种将电能主要转化为光能的发光器件。与白炽灯相比,LED灯的优点是
(1)该小组利用滑动变阻器设计了图8甲所示的电路,此电路是通过改变连入电路的电阻丝的
长度
来改变灯泡亮度的。(2)该小组利用电位器设计了图8乙所示的电路,增加电阻$R_0$的作用是
保护电路
。为了实现电位器顺时针转动时灯泡变亮,应该将A、B端分别与接线柱1和2
(选填“1和2”“2和3”或“1和3”)相连。(3)该小组利用光敏电阻$R$和发光二极管设计了图8丙所示的智能调光电路,图8丁为光敏电阻的阻值$R$随光照度$E$变化的图像。由图像可知随着照度的增强,$R$的阻值
减小
(选填“增大”“减小”或“不变”)。光线变弱时,发光二极管会变暗
(选填“变亮”“变暗”或“不变”)。(4)常见的LED灯是由发光二极管组成的,它是一种将电能主要转化为光能的发光器件。与白炽灯相比,LED灯的优点是
电光转化效率更高
(写出一点即可)。答案
10.(1) 长度
(2) 保护电路；1和2
(3) 减小；变暗
(4) 电光转化效率更高
(2) 保护电路；1和2
(3) 减小；变暗
(4) 电光转化效率更高
解析
【分析】
本题围绕调光灯电路展开，需结合滑动变阻器、电位器、光敏电阻的工作原理及电路相关知识逐一分析：
1. 滑动变阻器的核心原理是改变接入电阻丝的长度来调节电阻；
2. 定值电阻在电路中可起到限流保护作用，电位器调节灯泡亮度需结合电阻变化与电流的关系；
3. 光敏电阻的阻值随光照度变化，结合欧姆定律可分析电流与亮度的关系；
4. LED灯的优势从能量转化角度分析。
【解析】
(1) 滑动变阻器的工作原理是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻，进而改变电路电流，调节灯泡亮度，因此答案为长度。
(2) 乙图中，若电位器接入电阻过小，电路电流会过大，定值电阻$R_0$可限制电流，起到保护电路的作用；要使电位器顺时针转动时灯泡变亮，需顺时针转动时电位器接入电阻变小，因此应将A、B端接1和2，此时顺时针转动电位器，接入的电阻丝长度变短，电阻减小，电路电流增大，灯泡变亮。
(3) 由丁图可知，光照度$E$增强时，光敏电阻$R$的阻值减小；光线变弱时，$E$减小，$R$增大，电路总电阻变大，电源电压不变，根据欧姆定律，电路电流变小，因此发光二极管变暗。
(4) LED灯将电能主要转化为光能，与白炽灯相比，其电光转化效率更高，更节能。
【答案】
10.(1) 长度
(2) 保护电路；1和2
(3) 减小；变暗
(4) 电光转化效率更高
【知识点】
滑动变阻器的工作原理、欧姆定律的应用、半导体的特性
【点评】
本题是调光灯电路的综合应用题，考查了滑动变阻器、电位器、光敏电阻的应用，以及电路的基本原理，需要学生结合图像分析电阻变化对电路的影响，难度适中，注重基础知识的应用。
【难度系数】
0.6
本题围绕调光灯电路展开，需结合滑动变阻器、电位器、光敏电阻的工作原理及电路相关知识逐一分析：
1. 滑动变阻器的核心原理是改变接入电阻丝的长度来调节电阻；
2. 定值电阻在电路中可起到限流保护作用，电位器调节灯泡亮度需结合电阻变化与电流的关系；
3. 光敏电阻的阻值随光照度变化，结合欧姆定律可分析电流与亮度的关系；
4. LED灯的优势从能量转化角度分析。
【解析】
(1) 滑动变阻器的工作原理是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻，进而改变电路电流，调节灯泡亮度，因此答案为长度。
(2) 乙图中，若电位器接入电阻过小，电路电流会过大，定值电阻$R_0$可限制电流，起到保护电路的作用；要使电位器顺时针转动时灯泡变亮，需顺时针转动时电位器接入电阻变小，因此应将A、B端接1和2，此时顺时针转动电位器，接入的电阻丝长度变短，电阻减小，电路电流增大，灯泡变亮。
(3) 由丁图可知，光照度$E$增强时，光敏电阻$R$的阻值减小；光线变弱时，$E$减小，$R$增大，电路总电阻变大，电源电压不变，根据欧姆定律，电路电流变小，因此发光二极管变暗。
(4) LED灯将电能主要转化为光能，与白炽灯相比，其电光转化效率更高，更节能。
【答案】
10.(1) 长度
(2) 保护电路；1和2
(3) 减小；变暗
(4) 电光转化效率更高
【知识点】
滑动变阻器的工作原理、欧姆定律的应用、半导体的特性
【点评】
本题是调光灯电路的综合应用题，考查了滑动变阻器、电位器、光敏电阻的应用，以及电路的基本原理，需要学生结合图像分析电阻变化对电路的影响，难度适中，注重基础知识的应用。
【难度系数】
0.6
