Question

15．在如圖所示的電路中，R₁=20Ω，燈泡的阻值保持不變，閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃時(shí)，電路消耗的功率為1.8W，閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃時(shí)，電路消耗的總功率為5.4W，（請(qǐng)畫出每個(gè)小題的等效電路圖）
（1）求：燈泡R₂的阻值為多少？
（2）只閉合開(kāi)關(guān)S₄．滑片在滑動(dòng)變阻器R₄的中點(diǎn)時(shí)，電流表示數(shù)為0.3A，當(dāng)滑片移到阻值最大處時(shí)，電表示數(shù)為0.2A，求當(dāng)滑片移到阻值最大處時(shí)，R₄的電功率．

Answer 1

分析 （1）閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃時(shí)，電路屬只有R₁的簡(jiǎn)單電路，閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃時(shí)，R₁與R₂組成并聯(lián)電路；根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算；
（2）閉合開(kāi)關(guān)S₄．R3與變阻器串聯(lián)，P在中點(diǎn)時(shí)：I_中=$\frac{U}{{R}_{3}+\frac{1}{2}{R}_{4}}$；P在最大值時(shí)：I_大=$\frac{U}{{R}_{3}+{R}_{4}}$，利用上式可求出R₄，再通過(guò)P=I²R，求出R₄的電功率；

解答 解：（1）閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃時(shí)，等效電路如圖1，
R₁消耗的功率：P₁=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=1.8W；
則電源電壓：U²=P₁R₁=1.8W×20Ω，
解得：U=6V；
閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃時(shí)，等效電路如圖2，由于R₁兩端電壓不變，其功率仍然為P₁不變，
電路消耗的總功率為：P=P₁+P₂，
所以R₂消耗的電功率：P₂=P-P₁=5.4W-1.8W=3.6W，
因?yàn)镻₂=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$，
所以R₂=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{2}}$=$\frac{（6V）^{2}}{3.6W}$=10Ω；

（2）只閉合開(kāi)關(guān)S₄，等效電路如圖3，R₃與R₄串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，

當(dāng)P在中點(diǎn)時(shí)，此時(shí)的電流：I_中=$\frac{U}{{R}_{3}+\frac{1}{2}{R}_{4}}$=$\frac{6V}{{R}_{3}+\frac{1}{2}{R}_{4}}$=0.3A-------①
P在阻值最大處時(shí)，此時(shí)的電流：I_大=$\frac{U}{{R}_{3}+{R}_{4}}$=$\frac{6V}{{R}_{3}+{R}_{4}}$=0.2A------②
由①②解得：R₄=20Ω；
當(dāng)滑片移到阻值最大處時(shí)，R₄兩端電壓為U₄，則R₄的電功率P₄為：
P₄=I_大²R₄=（0.2A）²×20Ω=0.8W．
答：（1）燈泡R₂的阻值是10Ω；
（2）滑片移到阻值最大處時(shí)，R₄的電功率是0.8W．

點(diǎn)評(píng) 本題對(duì)電路變化的分析要求很高，綜合了串聯(lián)電路、并聯(lián)電路的一些規(guī)律，要求掌握電功率的運(yùn)算，難度較大．