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MC1-0998-将 N 个相同的电阻负载串联后接到电源上,则与每个负载分别接到电源上相比:(“x^m”表示“x 的 m 次方”)

MC1-0998 考查 N 个相同电阻串联与单个接电源的对比。串联总电阻增大 N 倍,电流降到 N 分之一,功率与电流平方相关故降到 N 平方分之一。三个十欧串接三十伏,电流由三安降为一安,功率由九十瓦降为十瓦,恰为九分之一。

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【题目编号】MC1-0998

【题目】将 N 个相同的电阻负载串联后接到电源上,则与每个负载分别接到电源上相比:(“x^m”表示“x 的 m 次方”)

【答案】A

[A]串联后流过每个电阻的电流减少到 1/N,每个电阻的耗电功率减少到 1/N^2

[B]串联后流过每个电阻的电流减少到 1/N,每个电阻的耗电功率减少到 1/N

[C]串联后流过每个电阻的电流不变,每个电阻的耗电功率减少到 1/N

[D]串联后流过每个电阻的电流增加到 N 倍,每个电阻的耗电功率增加到 N^2 倍

考点速览

这道题考的是把 N 个相同电阻负载串联后接电源,与每个负载单独接同一电源相比,电流和功率如何变化。考点核心是串联使总电阻增大 N 倍、电流随之降到 N 分之一,而每个电阻的耗电功率与电流平方相关,因此降到 N 平方分之一。这里的关键是分清"电流降 N 分之一"与"功率降 N 平方分之一"两次递减。

原理与依据

先看单个电阻单独接电源的情形。设每个电阻阻值为 R,电源电压为 U,则单个电阻接上后,电流等于电压除以电阻,功率等于电压平方除以电阻,这是比较的基准。

再看 N 个相同电阻串联。串联总电阻等于各电阻之和,N 个相同电阻串联后总电阻是单个电阻的 N 倍。总电流等于电压除以总电阻,也就是电压除以 N 倍单个电阻,正好是基准电流的 N 分之一。由于串联电路电流处处相等,流过每个电阻的电流都是这个 N 分之一,所以"串联后流过每个电阻的电流减少到 1/N"成立。

功率方面,每个电阻消耗的功率等于电流平方乘电阻。电流降到 N 分之一后,电流平方就降到 N 平方分之一,再乘电阻,得到的功率就是基准功率的 N 平方分之一。这里平方是关键:电流减为 N 分之一,功率减为 N 平方分之一,两次递减不能混为一谈。

用一组数字验证:设三个十欧电阻,即 N 等于三,电源三十伏。单个十欧电阻单独接三十伏时,电流等于三十除以十、得三安,功率等于三十的平方除以十、得九十瓦。三个十欧电阻串联后总电阻三十欧,总电流等于三十除以三十、得一安,正是三安的 1/3;每个电阻的功率等于一的平方乘十、得十瓦,正是九十瓦的 1/9,即 1/N²。电流 1/3、功率 1/9,两个结论都得到验证。

逐项辨析

选项 A:串联后流过每个电阻的电流减少到 1/N,每个电阻的耗电功率减少到 1/N²。电流因总电阻增大 N 倍而降为 1/N,功率因电流平方关系降为 1/N²,正确。

选项 B:电流 1/N 对,但功率写成 1/N,漏掉了平方。电流降到 1/N 时功率应降到 1/N²,因为功率与电流平方成正比,错误。

选项 C:电流写成不变,这违背了串联总电阻增大 N 倍的事实,电流必然减小,错误;功率 1/N 也错。

选项 D:电流写成增加到 N 倍,方向完全反了,串联使总电阻增大、电流只会减小,错误;功率 N² 倍也错。

易混淆点

最易混的是"电流 1/N"与"功率 1/N²"的关系。功率等于电流平方乘电阻,电流变了 N 分之一,功率就变 N 平方分之一,这是平方关系带来的额外一档衰减。别把两者都记成 1/N。另一个易混点是串联与并联的相反结果:串联电流减小、每个电阻功率减小;并联每个电阻电压电流都不变、只是总功率相加,方向完全不同。

应试要点

记两条:串联 N 个相同电阻,电流减到 1/N,每个电阻功率减到 1/N²。遇到"串联后功率减少到 1/N"这样的选项,多半漏了平方,直接排除。做这种题先把总电阻算出来,再顺着电流、功率一步步推,别跳步。

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