2020年中考物理测量仪器问题专题12滑动变阻器问题（含解析）.doc

1 专题 12 滑动变阻器问题 一、滑动变阻器问题都学啥 1.滑动变阻器的构造和原理 （1）构造 （2）原理 通过改变接入电路中电阻丝的长度，可以逐渐改变电阻，进而逐渐改变电流。具有分压 限流的作用。 （3）铭牌意义 如一个滑动变阻器标有“50Ω2A”表示的意义是：最大阻值是 50Ω，允许通过的最大电流是 2A。 2.滑动变阻器的构造示意图和符号 3.滑动变阻器的是用方法和注意事项 【滑动变阻器的使用方法】 （1）滑动变阻器要与被控制的用电器串联接入电路中。 （2）滑动变阻器连入电路中时，取一上一下两个接线柱。 （3）在闭合开关之前，滑动变阻器的阻值调到最大值。 【滑动变阻器的注意事项】 (1)使用滑动变阻器之前，要弄清楚它的最大电阻值和允许通过的最大电流值．使用时不得超过允许通过的 最大电流值．　　 (2)使用滑动变阻器前，应先来回滑动几次滑片，除去接触点上的灰尘等污物，以保证接触良好．接入电路 之前，一般应把滑动片 P 移到连入电阻值最大的地方，以保护电源和电表．　　 (3)正确连入电路．注意不要接成固定电阻（把电路两端分别接到 A、B）或接成短路（把电路两端分别接到2 C、D）．　　 (4)实验时谨防损伤电阻丝绝缘层，以免造成匝间短路． 二、滑动变阻器问题的考法 考法一：考查滑动变阻器使用 滑动变阻器的使用方法记住三点： （1）滑动变阻器要与被控制的用电器串联接入电路中。 （2）滑动变阻器连入电路中时，取一上一下两个接线柱。 （3）在闭合开关之前，滑动变阻器的阻值调到最大值。 【例题 1】将四个滑动变阻器如图所示接入电路中，分别说出各图中滑片 P 向左滑动时，连入电路电阻变小 的是（ ） 【答案】C 【解析】A 图中接线柱 a、b 接入电路，滑动变阻器相当于定值电阻，此时无论 P 如何移动，a、b 间阻值不 变．D 图中 c、d 接入电路，电阻线未接入电路，此时滑动变阻器相当于一根导线，P 无论如何移动，接入 电路的电阻总为 0．B 中接线柱 b、c 连入电路，则此时接入电路的电阻为 Pb 间阻值，当 P 向 a 端移动时， Pb 间电阻线长度变长，电阻变大．故此题正确答案为 C． 考法二：考查滑动变阻器的工作原理 通过改变接入电路中电阻丝的长度，可以逐渐改变电阻，进而逐渐改变电流。具有分压 限流的作用。 【例题 2】学生实验中常用的滑动变阻器是通过改变哪种因素来改变电阻的大小的（　 ） A.改变滑动变阻器电阻线的长度 B.改变滑动变阻器电阻线的横截面积 C.改变滑动变阻器电阻线的材料 D.改变滑动变阻器电阻线绕成的管的横截面积 【答案】A 【解析】影响滑动变阻器电阻大小的因素有电阻线的长度、横截面积、材料。工作原理是通过改变连入电 路中电阻线的长度来改变电阻的大小，从而改变了电路中电流的大小．对于给定的滑动变阻器横截面积、 材料是固定的，不能改变了的，只能通过移动滑片来改变滑动变阻器的长度来改变其电阻。3 考法三：考查滑动变阻器作用 滑动变阻器接入电路的作用就是通过改变它接入电路的电阻改变电路中的电流，可以起到保护电路元件的 作用。 【例题 3】如图所示，是一种测定油箱内油量的装置．其中 R 是滑动变阻器的电阻片，滑动变阻器的滑片跟 滑杆连接，滑杆可以绕固定轴 O 转动，另一端固定一个浮子．当电流表示数越小时，滑动变阻器连入电路 的阻值　　（填“越大”或“越小”），油箱内油量　　（填“越多”或“越少”）． 【答案】越大；越少． 【解析】由电路图可知，滑动变阻器 R 与定值电阻 R0 串联，电流表测电路中的电流， 由 I= 的变形式 R= 可知，当电流表示数越小时，电路中的总电阻越大， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和， 所以，滑动变阻器连入电路的电阻越大， 由图可知，滑片上移时接入电路中的电阻越大，浮子下移，油箱内油量越少． 考法四：考查滑动变阻器的注意事项 滑动变阻器的注意事项包括： (1)使用滑动变阻器之前，要弄清楚它的最大电阻值和允许通过的最大电流值．使用时不得超过允许通过的 最大电流值．　　 (2)使用滑动变阻器前，应先来回滑动几次滑片，除去接触点上的灰尘等污物，以保证接触良好．接入电路 之前，一般应把滑动片 P 移到连入电阻值最大的地方，以保护电源和电表．　　 (3)正确连入电路．注意不要接成固定电阻（把电路两端分别接到 A、B）或接成短路（把电路两端分别接到 C、D）．　　 (4)实验时谨防损伤电阻丝绝缘层，以免造成匝间短路． 【例题 4】某同学做测定小灯泡电阻的实验，其设计的电路如图所示．实验电路连接完毕，合上开关时，发 现灯泡较暗，两表的示数均较小，移动滑动变阻器滑片，现象不变．则电路出现故障的原因可能是（　 ）4 A.滑动变阻器处发生断路 B.滑动变阻器处发生短路 C.滑动变阻器同时接了上面两个接线柱 D.滑动变阻器同时接了下面两个接线柱 【答案】D． 【解析】灯泡较暗、两表的示数均较小，说明电路电阻太大；移动滑动变阻器滑片，现象不变说明滑动变 阻器不能改变电路电阻，即滑动变阻器全部接入电路．故障原因是：滑动变阻器同时接到下面两个接线 柱． 考法五：考查滑动变阻器接入电路电阻大小的求解 滑动变阻器接入电路中的阻值不能超过它的最大值，通过它的电流不能超过它的允许通过的最大电流。 【例题 5】如图所示的电路中，电源电压保持不变，R1=10Ω．闭合开关 S，移动滑动变阻器 R2 的滑片 P 到 最右端 b 时，电流表的示数为 0.6A；移动滑片 P 到最左端 a 时，电流表的示数为 0.2A．则电源电压和滑动 变阻器的最大阻值分别为（　　） A．6V 20Ω B．12V 20Ω C．6V 10Ω D．12V 10Ω 【答案】A 【解析】由电路图可知，R1 与 R2 串联，电流表测电路中的电流， 当滑片位于 b 端时，电路为 R1 的简单电路， 由 I= 可得，电源的电压：U=IR1=0.6A×10Ω=6V，故 BD 错误； 当滑片位于 a 端时，变阻器接入电路中的电阻最大，电路中的总电阻： R= = =30Ω， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和， 所以，R2 的最大阻值：R2=R﹣R1=30Ω﹣10Ω=20Ω，故 A 正确、C 错误． 5 考法六：考查滑动变阻器铭牌意义 一个滑动变阻器标有“50Ω2A”表示的意义是最大阻值是 50Ω，允许通过的最大电流是 2A。 【例题 6】现探究“电流与电阻的关系”。老师提供的实验器材有：电源（电压恒为 4.5V），电流表、电压 表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），两只滑动变阻器（规格分别为“20Ω 2A”、“50Ω 1A”），小灯泡一只（额定电压 3.8V），导线若干。 （1）将 5Ω 的电阻接入电路，检查无误后闭合开关，移动滑片，使电压表的示数为 1.5V，并记下相应的电 流值．再用 10Ω 的电阻替代 5Ω 的电阻，此时滑片应向__________（选填“左”或“右”）端移动，移动 滑动变阻器的目的是_____________________。 （2）为了完成用四个定值电阻进行实验，应选择滑动变阻器的规格是__________。 （3）他们用小灯泡替换定值电阻，移动滑片，使小灯泡正常发光，电流表示数如乙图所示，则小灯泡的额 定功率是__________W。 【答案】（1）左， 保持定值电阻两端电压一定（或保持电压表示数不变）。（2）50Ω1A。（3）1.14。 【解析】电阻为10Ω，电路总电阻值大了，电流小了，滑动变阻器电压小了，导致 10Ω 电阻电压大于 1.5V 了，这样我们通过减小 10Ω 电阻的电流，使其电压保持 1.5V，就需要让滑动变阻器接入电路的电阻增大， 所以滑片向左端移动。目的就是保持定值电阻两端电压一定（或保持电压表示数不变）用四个定值电阻进 行实验，应选择滑动变阻器的规格的确定，需要分别利用欧姆定律，分别计算定值电阻在 1.5V 时的电流， 然后和两个规格变阻器最大电流比较。同时还要考虑在保证定值电阻电压、电流符合要求的情况下，滑动 变阻器接入的电阻应该为多大，这样才能选出符合要求规格的变阻器。 三、滑动变阻器问题的训练题 1.为了探究通过导体的电流与导体两端的电压的关系，小明设计了图甲所示的电路．电源电压恒为 6V，R1 是定值电阻，R2 是滑动变阻器．6 （1）闭合开关后，移动滑片 P，发现两电表示数始终如图乙所示，出现这种情况的原因是将滑动变阻器接 入电路的电阻的大小为_______Ω． （2）改正错误后，小明继续实验，将有关实验数据标记在图丙所示的反映通过定值电阻 R1 的电流与其两端 电压的关系图像上．分析图丙可知，当滑动变阻器电阻全部接入电路中，滑动变阻器两端电压是 _______v． （3）分析图丙数据可以得出的结论是电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比。本实验应用到 的主要物理方法称为_________。 A．等效法。 B．控制变量法。 C．理想实验法。 D．比值定义法。 【答案】（1）0（2）5（3）B。 【解析】（1）一定滑动变阻器的滑片，电流表示数不变，电压表示数为电源电压，说明滑动变阻器接入电 路的电阻为 0.这时可以判断滑动变阻器的接线柱 CD 接入了电路。 （2）通过定值电阻 R1 的电流与其两端电压的关系图像可知，当滑动变阻器接入电路的电阻最大时，电路中 最小电流为 0.2A, 定值电阻 R1 是的两端电压为 1V。定值电阻与滑动变阻器串联，所以滑动变阻器两端电压 为 U2=U-U1=6V-1V=5V （3）电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比；探究三个物理量之间的某两个量的关系时，需 要控制一个物理量保持不变，研究另外两个量的关系，这个科学方法称为控制变量法。填 B。 2.在做“测量小灯泡额定功率”的实验时，老师在实验室只给小明提供了如下器材：标有“2.5V”的小 灯泡、电源、滑动变阻器、开关、两个电压表（没有电流表）、阻值为10Ω的定值电阻R0、导线若干。她根 据所给定的器材经过认真思考后设计了正确的实验电路，如图甲是该电路的不完整电路图。7 （1）请你将甲电路图补充完整，达到能测量小灯泡功率的目的。 （2）闭合开关前，应将滑动变阻器调至阻值最大处的位置。 （3）闭合开关后，为了测量小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器，使电压表 V1 的示数 为 V，此时电压表 V2 的示数如图乙所示，其读数是 V。 （4）小灯泡的额定功率为 W。 （5）她还进一步设计出了只有电流表没有电压表解决这个问题的方法，其电路如图丙所示，R0=10Ω，并认 为关键的一步是必须调节滑动变阻器，使电流表 A2 的示数为 A 时，再读出电流表 A1 的示数，才能计 算出小灯泡的额定功率。 【答案】（1）如图所示；（3）2.5；2.4；（4）0.6；（5）0.25． 【解析】（1）流经灯泡的电流 IL= UL/R，流经定值电阻的电流 I0= U0/R0 串联电路电流相等，有 UL/R = U0/R0，所以 R = ULR0/ U0 在没有电流表的情况下，利用电压表和定值电阻代替电流表的作用，采用分压电路，电压表 V2 并联在定值 电阻两端，电路如图所示： （3）因为小灯泡的额定电压为 2.5V，闭合开关后，为了测量小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器，使电 压表 V1 的示数为 UL=2.5V。 电压表 V2 量程为 0～3V，分度值为 0.1V，此时示数为 U2=2.4V。 此时电路中的电流为 I=IL=I2= = =0.24A； （4）小灯泡的额定电功率为：PL=ULIL=2.5V×0.24A=0.6W；8 （5）要测量小灯泡的额定功率，小灯泡两端的电压为额定电压，根据并联电压相等，则定值电阻两端电压 等于 2.5V，又知 R0=10Ω， 故电流表 A2 的示数为 I2= = =0.25A． 3.现将图中的滑动变阻器连入电路中的 M、N 两点间． (1)要求滑片 P 向右移动时，电流表 A 的读数变小，应如何接线？ (2)若 d、b 接线柱分别与 M、N 相连接，则滑片 P 向右移动时，电灯的亮度如何变化？ 【答案】(1)a 接 M，c 或 d 接 N；(2)a 接 N，c 或 d 接 M．（2）电灯变亮。 【解析】(1)电流表 A 的读数变小，表示电路中通过的电流变小，滑动变阻器连入电路中的电阻变大．当滑 片 P 向右移动时，aP 段电阻丝变长而 bP 段电阻丝变短，由此可知，接入电路的一定是 aP 段．接法是：(1)a 接 M，c 或 d 接 N；(2)a 接 N，c 或 d 接 M． (2)若 b、d 接线柱分别与 M、N 相连接，则 b、P 间的电阻丝连入电路，当滑片 P 向右移动时，连入电路的 电阻丝长度变短，电路中电阻值变小，电流强度变大，则电灯变亮． 4.某同学做测定小灯泡电阻的实验，其设计的电路如图所示．实验电路连接完毕，合上开关时，发现灯泡 较暗，两表的示数均较小，移动滑动变阻器滑片，现象不变．则电路出现故障的原因可能是 （　 ） A.滑动变阻器处发生断路 B.滑动变阻器处发生短路 C.滑动变阻器同时接了上面两个接线柱 D.滑动变阻器同时接了下面两个接线柱9 【答案】D 【解析】灯泡较暗、两表的示数均较小，说明电路电阻太大；移动滑动变阻器滑片，现象不变说明滑动变 阻器不能改变电路电阻，即滑动变阻器全部接入电路．故障原因是：滑动变阻器同时接到下面两个接线 柱． 5.如图所示， R1 是 0 至 50Ω 的滑动变阻器，电流表 A 1 的量程是 0 至 0.6A，A 2 量程是 0 至 3A，电阻 R2＝ 3.6Ω，电源电压为 9V 并保持不变，闭合开关后，为了使两电流表都能正常工作，求变阻器连入电路中的 阻值变化范围. 【答案】变阻器连入电路中的阻值变化范围. 18Ω—50Ω 【解析】设通过 R2 的电流为 I2，通过 R1 的电流为 I1，A 2 测的是干路中的电流， 设为 I，则 I＝I1＋I2，由欧姆定律可得： I2＝U/ R2＝2.5A， 由此可知通过 R1 的电流不能超过 3A－2.5A＝0.5A， 所以 R1 接入电路中的电阻的最小值为 18Ω 6.小彬用如图甲所示的实验器材探究“电流与电阻的关系”．电源电压恒为 3V，滑动变阻器上标有 “20Ω 2A”字样，阻值分别为 5Ω、10Ω、20Ω、50Ω 的定值电阻各一个． （1）请你用笔画线代替导线，把图甲所示的实验电路补充完整． （2）小彬 5Ω 定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表有示数而电压表无示数，则电路中的故障可能 是______（写出一种）；排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片 P，使电流表的示数如图乙所示， 此时电路中的电流为______A．10 （3）将 5Ω 定值电阻换成 10Ω 定值电阻，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片保持______表的示数不变． （4）将 10Ω 定值电阻换成 20Ω 定值电阻，重复步骤（3）． （5）实验记录的多组数据如下表所示．分析数据可得出结论：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成 ______比． 【答案】（1）如图所示 （2）定值电阻 R1 短路；0.36；（3）电压；A；（5）反． 【解析】（1）电压表与电阻并联，由于电源电压为 3V，所以应选择 0～3V 的量程；滑动变阻器已接了下面 一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示。（2）电流表有示数，电压表无示数，说明与电压表 并联部分发生短路，或定值电阻 R1 短路；由乙图知，电流表的量程为 0～0.6A，分度值为 0.02A，示数为 0.36A；（3）将 5Ω 电阻换成 10Ω 后，电压表的示数会变大，所以应该增大滑动变阻器的阻值，即应将滑 动变阻器的滑片 P 向 A 移动，使电压表仍为原来的示数不变；（5）电流和电阻的关系为：当电压一定时， 通过导体中的电流与电阻成反比． 7．已知 A 灯标着“6V 3W”，B 灯标着“6V 6W”，滑动变阻器 R 规格“50Ω 2A”．A 灯和 B 灯中电流随两端电 压变化关系的图象如图甲所示．则：11 （1）将 A、B 两灯并联接在 6V 电源两端，求 30min 内电路消耗的电能； （2）将 A、B 两灯串联接在某电源两端，使 A 灯恰好正常发光，求此时 B 灯电阻； （3）将 A 灯与滑动变阻器 R 串联接在 12V 电源两端，如图乙所示．调节滑动变阻器，当滑动变阻器的功率 是 A 灯功率的 2 倍时，求滑动变阻器的功率． 【答案】（1）将 A、B 两灯并联接在 6V 电源两端，30min 内电路消耗的电能为 1.62×104J； （2）将 A、B 两灯串联接在某电源两端，使 A 灯恰好正常发光，此时 B 灯电阻为 4Ω； （3）将 A 灯与滑动变阻器 R 串联接在 12V 电源两端，当滑动变阻器的功率是 A 灯功率的 2 倍时，滑动变阻 器的功率为 3.2W． 【解析】（1）将 A、B 并联接在 6V 电源两端时， 因并联电路中各支路两端的电压相等， 所以，两灯泡两端的电压均为额定电压 6V，实际功率和额定功率相等，即 PA=3W，PB=6W， 电路的总功率：P 总=PA+PB=3W+6W=9W， 由 P= 可得，30min 内电路消耗的电能： W 总=P 总 t=9W×30×60s=1.62×104J； （2）将 A、B 两灯串联接在某电源两端时， 因串联电路中各处的电流相等，且 A 灯恰好正常发光， 所以，由图象可知，电路中的电流 I=IA=0.5A， 由图甲可知，B 灯泡两端的电压 UB=2V， 由 I= 可知，此时 B 灯电阻： RB= = =4Ω； （3）将 A 灯与滑动变阻器 R 串联接在 12V 电源两端时， 因串联电路中各处的电流相等，且滑动变阻器的功率是 A 灯功率的 2 倍， 所以，由 P=UI 可知，U 滑=2UA′， 因串联电路中总电压等于各分电压之和， 所以，电源的电压：U=U 滑+UA′=2UA′+UA′=3UA′=12V， 解得：UA′=4V，U 滑=2UA′=2×4V=8V， 由图象可知，此时电路中的电流 I=0.4A， 则滑动变阻器的功率：12 P 滑=U 滑 I=8V×0.4A=3.2W． 8.小军做测量小灯泡电功率的实验中，所用小灯泡的额定电压为 2.5V． （1）请用笔画线代替导线，将如图甲所示的实验电路连接完整． （2）丙图中阴影部分面积表示的物理量是_______． （3）实验时闭合开关，小军发现小灯泡不发光，且电流表有示数，而电压表无示数，则电路的故障可能是： _______． （4）故障排除后，闭合开关，小军发现电压表的示数为 2V，若想测量小灯泡的额定电功率，应再调节滑动 变阻器的滑片 P，使 P 向_______移动（选填“左”或“右”），当电压表的示数为 2.5V 时，对应电流表的示 数如图乙所示，则小灯泡的额定电功率是______W．这时小灯泡正常发光 20s，产生的焦耳热为________J. 【答案】（1）如图所示（2）灯两端电压（3）小灯泡短路（4）右 0.75。 15J 【解析】（1）灯泡的额定电压为 2.5V＜3V，所以选择电压表的量程为 0～3V 读数精度高，且与灯泡并联， 滑动变阻器按一上一下的原则与灯泡串联。具体做法是将灯泡右接线柱与滑动变阻器的 A 接线柱相连，再 与电压表的“3”接线柱相连，如图所示。 （2）由图可知：横坐标表示通过电阻的电流，纵坐标表示该电阻的阻值．由 U=IR 得阴影部分面积表示的 物理量为电流和电阻的乘积，应该为定值电阻两端的电压值。 （3）由实验现象，开关闭合后，灯泡不亮，电流表有示数，说明电路没有断路；电压表无示数，说明与电 压表并联的灯泡短路。因此只能是灯泡处出现短路。 （4）要测灯泡的额定功率，应使灯泡两端的电压为 2.5V，根据欧姆定律可知应增大电路中的电流，减小滑13 动变阻器接入电路的电阻，故滑片应向右移动；电流表的量程为 0～0.6A，分度值为 0.02A，灯泡的额定电 流为 0.3A；灯泡的额定功率 P=UI=2.5V×0.3A=0.75W． Q=Pt=0.75W×20s=15J