Question

如圖所示，電源電壓不變，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P在A端，閉合S₁、S₂，斷開S₃、S₄時(shí)，電流表示數(shù)為0.4A，R₂的功率為P₂；滑片P仍在A端，閉合S₁、S₂、S₄，斷開S₃時(shí)，電路的總功率為1.5P₂；當(dāng)滑片P在B端，閉合S₁、S₂，斷開S₃、S₄時(shí)，R₂的功率為0.25P₂；滑片P仍在B端，閉合S₁、S₃，斷開S₂、S₄時(shí)，變阻器的功率為0.5W，此時(shí)R₁的功率為P₁．
求：
（1）R₁與R₂的電阻比；
（2）P在B端，閉合S₁、S₃，斷開S₂、S₄時(shí)，R₁的功率P₁；
（3）滑動(dòng)變阻器的最大阻值．

Answer 1

【答案】分析：（1）P在A端，閉合S₁、S₂，斷開S₃、S₄時(shí)，電路為R₂的簡單電路；P在A端，閉合S₁、S₂、S₄，斷開S₃時(shí)，R₁、R₂并聯(lián)；
因兩種情況下R₂兩端電壓保持不變，功率不變，求出R₁的電功率；再根據(jù)P=求出R₁與R₂的電阻比；
（2）P在B端，閉合S₁、S₂，斷開S₃、S₄時(shí)，滑動(dòng)變阻器的最大阻值R_P與R₁串聯(lián)；根據(jù)R₂的功率和P=I²R求出其電路中的電流與第一種情況電路中電流的比值，再根據(jù)歐姆定律和電源的電壓不變求出R₂的阻值，進(jìn)一步求出三電阻的阻值關(guān)系；P在B端，閉合S₁、S₃，斷開S₂、S₄時(shí)，兩電阻與滑動(dòng)變阻器的最大阻值串聯(lián)；根據(jù)串聯(lián)電路各處的電流相等和P=I²R，利用變阻器的功率求出R₁的功率；
（3）根據(jù)電源的電壓不變和三電阻之間的關(guān)系，求出最后一種情況下電路中的電流，根據(jù)P=I²R和變阻器的功率求出滑動(dòng)變阻器的最大阻值．
解答：（1）P在A端，閉合S₁、S₂，斷開S₃、S₄時(shí)的等效電路圖如圖甲，此時(shí)電路中的電流為I₁，
P在A端，閉合S₁、S₂、S₄，斷開S₃時(shí)的等效電路圖如圖乙，此時(shí)電路中的電流為I₂

由圖甲、圖乙可知：R₂兩端電壓保持不變，圖乙中R₂的電功率仍為P₂，
則可知圖乙中R₁的電功率為0.5P₂，
由并聯(lián)電路特點(diǎn)可知，R₁、R₂功率比與電阻成反比，
可知==---------①
（2）P在B端，閉合S₁、S₂，斷開S₃、S₄時(shí)的等效電路圖如圖丙，此時(shí)電路中的電流為I₃，
由已知條件R₂的功率為0.25P₂得，
=
即=-------------------②
==
解得：R₂=R_P--------------③
聯(lián)立①②，得：R₁=2R_P
P在B端，閉合S₁、S₃，斷開S₂、S₄時(shí)的等效電路圖如圖丁，此時(shí)電路中的電流為I₄，
由P=I²R可得==2，
所以P₁=2P_P=2×0.5W=1W；
（3）因電源的電壓不變，
所以U=I₁R₂=I₄（R₁+R₂+R_P）
由①③式和I₁=0.4A代入可得：I₄=0.1A
代入P_P=I₄²R_P=0.5W，
可得R_P=50Ω．
答：R₁與R₂的電阻比為2：1；R₁的功率為1W；滑動(dòng)變阻器的最大阻值為50Ω．
點(diǎn)評：本題目難度很大，需要學(xué)生先化簡電路圖，就開關(guān)斷開閉合時(shí)畫出合適的電路圖，并且結(jié)合電功率公式及其相關(guān)的比例關(guān)系，利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決相關(guān)知識(shí)點(diǎn)．題目大并且難，比較拔高．