《九年级物理培优压轴题专练》专题20 电力综合（解析版）

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压轴专题 20 电力综合
一．计算题（共 12 小题）
1．（2018•南京）在综合实践活动中，科技小组设计了一个能反映水平风力大小的装置，如图甲所示，电
源电压恒为 16V，R0为定值电阻，L为额定电压是 2.5V 的小灯泡，其 I﹣U关系的部分数据如图乙所示，
AB 为长 14cm、阻值 60Ω粗细均匀的电阻丝（电阻丝的阻值与长度成正比），OP 为质量、电阻均不计的
金属细杆，下端连接一个重 2N 的圆球 P．闭合开关 S，无风时，OP 下垂并与 A端接触，此时电流表示
数 为 0.2A ； 有 风 时， OP 绕 悬 挂 点 O转 动 ，风 对 球 的 作 用力 F方 向 始 终 水 平向 右 ， 已知 OA 为
10cm，OP 始终与 AB 接触良好且无摩擦；求：
（1）电流表示数为 0.2A 时，灯泡的电阻为　 5 　 Ω；
（2）无风时 R0消耗的电功率。
（3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力。
【答案】：（1）5；
（2）无风时 R0消耗的电功率为 0.6W。
（3）为保护电路，允许风对球施加的最大作用力为 1.4N。
1
【解析】：（1）由图可知，灯泡、定值电阻 R0和电阻丝串联；
因串联电路电流处处相等，所以，当电流表示数为 0.2A 时，通过灯泡的电流为 0.2A，
由图乙可知此时灯泡两端的电压为 1V，
则根据 I可得，灯泡的电阻：RL5Ω；
（2）无风时，OP 下垂并与 A端接触，电阻丝接入阻值最大为 60Ω，
根据 I可得，电阻丝两端的电压：UAB＝IRAB＝0.2A×60Ω＝12V，
根据串联电路中总电压等于各分电压之和可得，R0两端的电压：
U0＝U﹣UL﹣UAB＝16V﹣1V﹣12V＝3V，
则此时 R0消耗的电功率：P0＝U0I＝3V×0.2A＝0.6W；
（3）根据 I可得 R0的阻值：R015Ω；
由于灯泡的额定电压为 2.5V，则电路中最大电流等于灯泡正常工作时的电流，由图乙可知最大电流为 I
′＝0.3A，此时风对球的压力最大，OP 绕O转动的角度最大，设此时 OP 与AB 的接触点为 C，
则根据欧姆定律可得，R0两端的电压：U0′＝I′R0＝0.3A×15Ω＝4.5V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以 RBC 两端的电压：
UBC＝U﹣U额﹣U0′＝16V﹣2.5V﹣4.5V＝9V，
根据 I可得此时电阻丝连入电路的电阻：
2
RBC 30Ω；
由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比，则： ，
所以，BC AB 14cm＝7cm，
则AC＝AB﹣BC＝14cm﹣7cm＝7cm，
如右图，把 OP 视为一根杠杆，F的力臂为 OD，G的力臂等于 PD，
根据杠杆平衡条件可得：
F×OD＝G×PD，
则： ；
由于△OAC∽△ODP，根据相似三角形的知识可得：
，
所以， ，
则：F 2N＝1.4N。
2．（2019•河南）某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示，电源电压 U恒为 15V，定值电阻 R0＝
10Ω，R1为一竖直固定光滑金属棒，总长 40cm，阻值为 20Ω，其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹
簧上端固定，滑片 P固定在弹簧下端且与 R1接触良好，滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体 M通过
无伸缩的轻绳挂在弹簧下端，重 80N，高 60cm，底面积为 100cm2．当水位处于最高位置 A时，M刚好
浸没在水中，此时滑片 P恰在 R1最上端；当水位降至最低位置 B时，M的下表面刚好离开水面。已知弹
簧所受拉力 F与其伸长量△L的关系如图乙所示。闭合开关 S，试问：
（1）当水位下降时，金属棒接入电路的长度　减小　，电压表示数　减小　。（两空均选填“增大”或
“减小”）
（2）当水位处于位置 A时，电压表的示数为多少？
3
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