题目内容
【题目】如图所示,电源电压保持不变,R2为定值电阻,小灯泡L上标有“6V 3W”字样(不考虑温度对灯丝电阻的影响),滑动变阻器R1的最大阻值为20Ω.只闭合S1,将滑动变阻器的滑片P移动到A端时,L正常发光;闭合所有开关时整个电路1min消耗的电能为540J.已知电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V.求:
(1)电源电压.
(2)R2的阻值.
(3)在保证电路安全的前提下,只闭合S1时移动滑片P使电路消耗的功率最小,若此时电路的最小功率为P1;只闭合S2时移动滑片P使电路消耗的功率最大,若此时电路的最大功率为P2.则P1和P2的比是多少.
【答案】(1)6V(2)6Ω(3)5:12
【解析】
(1).只闭合S1、将滑动变阻器的滑片P移动到A端时,电路为灯泡L的简单电路,且额定电压下灯泡正常发光,所以,由灯泡正常发光可知,电源的电压U=UL=6V;
(2).闭合所有开关时,灯泡L与电阻R2并联,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,此时灯泡正常发光,其功率为3W,由知道,灯泡1min消耗的电能是:
WL=PLt=3W×60s=180J,
则1min内R2消耗的电能是:
W2=W﹣WL=540J﹣180J=360J,
由 知道,R2的阻值是:
=6Ω;
(3)由 知道,灯泡的电阻是:
=12Ω,
只闭合S1时,灯泡L与变阻器R1串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,当电压表的示数U1=3V时,灯泡两端的电压是:
UL′=U﹣U1=6V﹣3V=3V,
此时电路中的电流是:
=0.25A,
电路的最小功率是:
P1=UI=6V×0.25A=1.5W;
只闭合S2时,R2与变阻器R1串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,
当电流表的示数I′=0.6A时,滑动变阻器接入电路中的电阻是:
﹣6Ω=4Ω,
所以,电路中的最大电流为0.6A,此时电路的功率最大,则
P2=UI2=6V×0.6A=3.6W,
则P1:P2=1.5W:3.6W=5:12.
答:(1)电源电压为6V;
(2)R2的阻值为6Ω;
(3)P1和P2的比是5:12.