(2013?安順)在如圖所示的電路中,電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~15V,電源電壓U=18V.燈泡的阻值保持不變.(請(qǐng)畫(huà)出每個(gè)小題的等效電路圖)
(1)閉合開(kāi)關(guān)S1、S3時(shí),電路消耗的功率為16.2W,則燈泡R1的阻值為多少?
(2)閉合開(kāi)關(guān)S1、S2、S3時(shí),電路消耗的總功率為27W,則燈泡R2的阻值為多少?(請(qǐng)寫(xiě)出該小題的解題思路后再求解)
(3)閉合開(kāi)關(guān)S4.然后,分別閉合S1、S2,在不損壞電流表、電壓表的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電路中的電流都達(dá)到允許的最大值.這兩種情況滑動(dòng)變阻器消耗的功率之比為多少?
分析:(1)由電路圖可知,閉合開(kāi)關(guān)S1、S3時(shí),只有燈泡R1的接入電路,由電功率的變形公式可以求出燈泡的電阻阻值;
(2)由電路圖可知,閉合開(kāi)關(guān)S1、S2、S3時(shí),燈R1與R2并聯(lián)接入電路,由并聯(lián)電路特點(diǎn)求出燈R2的功率,然后由電功率的變形公式求出燈泡R2的阻值;
(3)根據(jù)電路圖,分析電路結(jié)構(gòu),作出閉合開(kāi)關(guān)S4,分別閉合S1、S2時(shí)的等效電路圖,然后根據(jù)串并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式解題.
解答:解:(1)由電路圖可知,閉合開(kāi)關(guān)S1、S3時(shí),等效電路圖如圖1所示,
∵P=
U2
R
,∴燈泡電阻R1=
U2
P1
=
(18V)2
16.2W
=20Ω;
(2)由電路圖可知,閉合開(kāi)關(guān)S1、S2、S3時(shí),等效電路圖如圖2所示,
燈泡R2的電功率P2=P-P1=27W-16.2W=10.8W,
∵P=
U2
R
,∴燈泡電阻R2=
U2
P2
=
(18V)2
10.8W
=30Ω;
(3)閉合開(kāi)關(guān)S4、S1時(shí)的等效電路圖如圖3所示,
閉合開(kāi)關(guān)S4、S2時(shí)的等效電路圖如圖4所示,
①閉合開(kāi)關(guān)S4、S1時(shí),等效電路如案圖3所示,
當(dāng)滑片左移時(shí),在不損壞電流表和電壓表的情況下有:
若I=0.6A,∵I=
U
R
,∴U1=I1R1=IR1=0.6A×20Ω=12V<15V,
∴I最大=0.6A,∴U3=U-U1=18V-12V=6V,
∴P3=U3I3=U3I最大=6V×0.6A=3.6W;
②閉合開(kāi)關(guān)S4、S2時(shí),等效電路如案圖4所示,
當(dāng)滑片左移時(shí),在不損壞電流表和電壓表的情況下有:
若I=0.6A,∵I=
U
R
,∴U2=I2R2=IR2=0.6A×30Ω=18V>15V,
∴I最大′=
U2最大
R2
=
15V
30Ω
=0.5A,
∴U3′=U-U2最大=18V-15V=3V,
∴P3′=U3′I3′=U3′I最大′=3V×0.5A=1.5W,
∴兩種情況下滑動(dòng)變阻器消耗的功率之比
P3
P3
=
3.6W
1.5W
=
12
5
;
答:(1)燈泡R1的阻值是20Ω;
(2)燈泡R2的阻值是30Ω;
(3)滑動(dòng)變阻器消耗的功率之比是12:5.
點(diǎn)評(píng):本題考查了求燈泡的電阻、滑動(dòng)變阻器的功率之比等問(wèn)題,分析清楚電路結(jié)構(gòu)、畫(huà)出等效電路圖、熟練應(yīng)用歐姆定律、電功率公式是正確解題的關(guān)鍵.
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(2)閉合開(kāi)關(guān)前,圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于
A
A
(選填“A”或“B”)端,目的是為了
保護(hù)電路
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(3)小向同學(xué)閉合開(kāi)關(guān),移動(dòng)滑片P到某一點(diǎn)時(shí),電壓表示數(shù)如圖乙所示,若他想測(cè)量小燈泡的額定功率,應(yīng)將圖甲中滑片P向
B
B
(選填“A”或“B”)端移動(dòng),使電壓表的示數(shù)為2.5V.
(4)小向同學(xué)移動(dòng)滑片P,記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù),并繪制成圖丙所示的I-U關(guān)系圖象,根據(jù)圖象信息,可計(jì)算出小燈泡的額定功率是
0.5
0.5
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