《2025年综合应用创新题典中点九年级物理全一册教科版》

4. [2023.内江二模改编]小华用如图甲所示电路测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率。

(1)请用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整，使滑片向右移动时小灯泡变亮。
(2)连接好电路，闭合开关，发现小灯泡不发光，电流表有示数，电压表无示数。电路中出现的故障可能是________(填字母序号)。
A. 小灯泡短路　　　　B. 小灯泡开路
C. 滑动变阻器短路　　D. 滑动变阻器开路
(3)测量过程中，滑片在某一位置时，电压表示数为2.5V，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为________W。
(4)(科学推理)小华根据实验数据画出了小灯泡的U - I关系图像，如图丙中实线所示。结合图像可知，当小灯泡两端电压为2V时，其实际功率范围最精确的是______(填字母)。
A. P＜0.48W
B. 0.48W＜P＜0.6W
C. 0.6W＜P＜0.75W
D. P＜0.75W
(5)(图像分析)实验结束后，小华继续对滑动变阻器两端电压U与通过它的电流I的关系进行了探究，根据实验数据也画出了U - I图像。你认为正确的是图丙中的虚线______。
(6)(特殊方法测电功率)小华设计了如图丁所示的电路，用来测量小灯泡正常工作时的电阻。已知电源电压恒为U，小灯泡的额定电压为U额，定值电阻的阻值为R₀，实验步骤如下:
①只闭合S、S₂，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数为U额。
②保持滑片P不动，断开S₂、闭合S₁，读出电压表示数U₁。
③计算出小灯泡正常发光时的电阻Rₗ = ______________(用已知量和测量量表示)。

答案：

(1)如图所示。
　
(2)A　
(3)0.75　
(4)B　
(5)①　
(6)③$\frac{(U - U_1)R_0U_1}{(U - U_1)U_1}$
[点拨]
(2)电流表有示数,说明电路不是开路;电压表无示数，可能是与电压表并联的电路短路，因此故障可能是与电压表并联的小灯泡短路了,故选A。
(3)由题图乙可知,电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.3A,则小灯泡的额定功率P = UI = 2.5V×0.3A = 0.75W。
(4)当小灯泡在额定功率下工作时,小灯泡的电阻R = U / I = 2.5V / 0.3A ≈ 8.3Ω。由题图丙可知,小灯泡的电阻随电压的增大而增大,所以当小灯泡在2V电压下工作时,小灯泡的电阻小于8.3Ω,电流小于0.3A,小灯泡的实际功率P = UI ＜ 2V×0.3A = 0.6W。若按8.3Ω求出小灯泡在2V电压下的电功率,根据P = U² / R可知计算出的电功率偏小,小灯泡的实际功率P = U² / R ＞ (2V)² / 8.3 ≈ 0.48W。所以实际功率范围最精确的是0.48W ＜ P ＜ 0.6W,故选B。
(5)电源电压为3V不变,小灯泡与滑动变阻器串联,所以小灯泡两端的电压与滑动变阻器两端的电压之和不变,所以滑动变阻器的U - I图像是题图丙中虚线①。
(6)③在步骤①中,小灯泡和滑动变阻器串联,电压表测小灯泡两端的电压,移动滑动变阻器滑片，使电压表示数为U₁,此时小灯泡正常发光;在步骤②中,定值电阻与变阻器串联,电压表测定值电阻两端的电压，保持变阻器滑片位置不动,根据串联分压原理可知$\frac{U_1}{U - U_1} = \frac{R_0}{R_{滑}}$，解得$R_{滑} = \frac{U - U_1}{U_1}R_0$。在步骤①中,根据串联电路的电压规律,变阻器两端电压$U_{滑} = U - U_1$，则通过变阻器的电流$I = \frac{U_{滑}}{R_{滑}} = \frac{U - U_1}{\frac{U - U_1}{U_1}R_0} = \frac{(U - U_1)U_1}{(U - U_1)R_0}$，根据串联电路的电流规律,小灯泡的额定电流$I_{额} = I = \frac{(U - U_1)U_1}{(U - U_1)R_0}$，则小灯泡正常发光时的电阻$R_L = \frac{U_1}{I_{额}} = \frac{U_1}{\frac{(U - U_1)U_1}{(U - U_1)R_0}} = \frac{(U - U_1)R_0U_1}{(U - U_1)U_1}$。

5. [2023.锦州改编]小明设计了如图所示的电路，用来测量一只额定电流为0.4A的小灯泡的额定功率和定值电阻Rₓ的阻值。电源电压恒定，滑动变阻器的最大阻值为20Ω。实验步骤如下:

(1)闭合开关S、S₁，断开S₂，调节滑动变阻器的滑片，直至小灯泡正常发光。
(2)闭合开关S、S₂，断开S₁，保持滑片位置不动，电流表的示数为0.30A。
(3)保持开关状态不变，将滑片调到滑动变阻器的a端，电流表的示数为0.20A；将滑片调到滑动变阻器的b端，电流表的示数为0.45A。则定值电阻Rₓ = ________Ω，小灯泡的额定功率P额 = ________W。

答案：
(3)16;0.96　[点拨]
(3)由题图可知,闭合开关S₁、S₂,断开S₃,滑动变阻器与R₀串联,电流表测电路中的电流,将滑片调到滑动变阻器的a端,滑动变阻器接入电路的电阻最大,为20Ω,由串联电路的电阻特点和欧姆定律可知,电源电压U = I₁(R + R₀) = 0.20A×(20Ω + R₀)①;将滑片调到滑动变阻器的b端,滑动变阻器接入电路的电阻为零,由欧姆定律可知,电源电压U = I₂R₀ = 0.45A×R₀②,联立①②,解得R₀ = 16Ω,U = 7.2V。闭合开关S₁、S₂,断开S₃,滑片位置同
(1)中滑片位置时，滑动变阻器滑片右侧电阻丝与R₀串联，电流表测电路中的电流,由欧姆定律和串联电路的电阻特点可知，滑片右侧电阻丝的电阻$R_{右} = R_{总} - R₀ = \frac{U}{I_3} - R₀ = \frac{7.2V}{0.30A} - 16Ω = 8Ω$，则滑片左侧电阻丝的电阻$R_{左} = R - R_{右} = 20Ω - 8Ω = 12Ω$。闭合开关S₁、S₃,断开S₂,滑动变阻器滑片左侧电阻丝与小灯泡串联,由小灯泡正常发光可知,此时电路中的电流为0.4A,由欧姆定律可知,此时滑动变阻器两端的电压$U_{滑} = IR_{左} = 0.4A×12Ω = 4.8V$，由串联电路的电压规律可知,小灯泡两端的电压$U_{灯} = U - U_{滑} = 7.2V - 4.8V = 2.4V$，则小灯泡的额定功率P = U灯I = 2.4V×0.4A = 0.96W。