发布时间 : 星期日 文章2018年江苏省南京市中考物理试卷（含答案）更新完毕开始阅读
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。
【分析】（1）电流表示数为0.2A时，通过灯泡的电流为0.2A，由图乙得出灯泡此时的电压，利用欧姆定律即可求出灯泡的电阻；
（2）无风时，根据I=和串联电路的特点求出定值电阻R0两端电压，利用P=UI即可求出R0消耗的电功率；
（3）闭合S时，灯泡、定值电阻R0和电阻丝串联；由于风对球施加的作用力越大，OP的偏离角度越大，设此时OP与AB的接触点为C，由于电阻丝连入电路的电阻越小，根据欧姆定律可知电路中的电流最大，所以根据灯泡的额定电流可得出电路中的最大电流，然后根据串联电路的特点和欧姆定律求出电阻丝连入电路的电阻，由于电阻丝的电阻与电阻丝的长度成正比，据此得出AC的长度，最后根据杠杆平衡条件和三角形的知识求出最大作用力。
【解答】解：（1）由图可知，灯泡、定值电阻R0和电阻丝串联；
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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：RL=
=
=5Ω；
（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：R0=
=
=15Ω；
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： 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，
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则：=；
由于△OAC∽△ODP，根据相似三角形的知识可得： =
，
， =
×2N=1.4N。
所以，=则：F=
答：（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。
【点评】本题考查了串联电路的特点和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的应用，关键是知道当灯泡正常工作时电路中的电流最大。
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