题目内容

12.如图所示,电源电压可调,小灯泡上标有“6V 0.5A”的字样(不考虑温度对小灯泡电阻的影响),电流表量程0~0.6A,电压表量程0~3V,滑动变阻器规格为“20Ω1A”
(1)电源电压调至6V,闭合开关S1和S2,移动滑动变阻器滑片P,使小灯泡正常发光,电流表示数为0.6A,则电压表的示数是多少?R0的阻值是多少?
(2)电源电压调至8V,断开开关S1,闭合开关S2,为了保证电路安全,求滑动变阻器的阻值变化范围.

分析 (1)闭合开关S1和S2,灯泡L与滑动变阻器R串联后再与R0并联,电流表测干路电流,电压表测R两端的电压,灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据并联电路的电压特点和串联电路的电压特点求出R两端的电压,根据并联电路的电流特点求出通过R0的电流,根据欧姆定律求出R0的阻值;
(2)断开开关S1,闭合开关S2,灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流,电源的电压大于灯泡的额定电压,则当灯泡正常发光时变阻器接入电路中的电阻最小,根据欧姆定律求出电路中的总电阻,利用电阻的串联求出变阻器接入电路中的最小阻值;当电压表的示数最大时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,根据欧姆定律求出灯泡的电阻,根据串联电路的电压特点求出L两端的电压,根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出R的最大阻值,进一步得出答案.

解答 解:(1)闭合开关S1和S2,灯泡L与滑动变阻器R串联后再与R0并联,电流表测干路电流,电压表测R两端的电压,
因并联电路中各支路两端的电压相等,且串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,灯泡正常发光时,电压表的示数:
UR=U-UL=6V-6V=0V,
此时通过灯泡的电流IL=0.5A,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,通过R0的电流:
I0=I-IL=0.6A-0.5A=0.1A,
由I=$\frac{U}{R}$可得,R0的阻值:
R0=$\frac{U}{{I}_{0}}$=$\frac{6V}{0.1A}$=60Ω;
(2)灯泡的电阻:
RL=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω,
断开开关S1,闭合开关S2,灯泡L与滑动变阻器R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流,
因电源的电压U′>UL,
所以,灯泡正常发光时,电路中的电流最大,即I大=0.5A,
此时电路中的总电阻:
R总=$\frac{U′}{{I}_{大}}$=$\frac{8V}{0.5A}$=16Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:
R小=R总-RL=16Ω-12Ω=4Ω,
当电压表的示数UR大=3V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,L两端的电压:
UL′=U′-UR大=8V-3V=5V,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,电路中的电流:
I′=$\frac{{U}_{L}′}{{R}_{L}}$=$\frac{{U}_{R大}}{R}$,即$\frac{5V}{12Ω}$=$\frac{3V}{R}$,
解得:R=7.2Ω,
所以,滑动变阻器的阻值变化范围为4Ω~7.2Ω.
答:(1)电压表的示数是0V,R0的阻值是60Ω;
(2)滑动变阻器的阻值变化范围为4Ω~7.2Ω.

点评 本题考查了串并联电路的特点和欧姆定律的应用,正确的分析电路的连接方式是解题的关键.

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