题目内容
【题目】如图所示电路中,电源电压不变,R1=20Ω,滑动变阻器R2的最大值为60Ω,小灯泡L的额定电压为5V,电流表的量程(0~0.6A或0~3A).只闭合S2时,电流表的示数为0.4A;只闭合S3,且变阻器的滑片P在正中点时,电流表的示数为0.3A.(不考虑温度对灯丝的影响)
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求:
(1)电源电压和灯丝电阻.
(2)只闭合S3时,要使小灯泡L正常发光,变阻器R2连入电路的阻值.
(3)闭合S1、S2、S3,为保证不损坏电流表,变阻器R2的阻值可调范围
【答案】(1)电源电压为12V,灯丝电阻为10Ω;
(2)只闭合S3时,要使小灯泡L正常发光,变阻器R2连入电路的阻值为14Ω;
(3)闭合S1、S2、S3,为保证不损坏电流表,R2取值范围为5Ω~60Ω,电流表的示数范围为3A~0.8A.
【解析】
试题分析:(1)只闭合S2时,R1与灯泡L串联,电流表测电路中的电流,由于串联电路中的总电阻等于各分电阻之和,所以根据欧姆定律可得,电源的电压:U=I1(R1+RL)=0.4A×(20Ω+RL),只闭合S3,且变阻器的滑片P在正中点时,灯泡L与滑动变阻器最大阻值的一半串联,电流表测电路中的电流,电源的电压:
,由于电源的电压不变,所以
,解得:RL=10Ω,电源的电压U=0.4A×(20Ω+RL)=0.4A×(20Ω+10Ω)=12V;(2)只闭合S3时,灯泡正常发光时的电压为5V,串联电路中各处的电流相等,所以电路中的电流
,串联电路中总电压等于各分电压之和,所以滑动变阻器两端的电压:U2=U-UL=12V-5V=7V,滑动变阻器接入电路中的电阻:
.(3)闭合S1、S2、S3时,R1与R2并联,电流表测干路电流,当滑动变阻器接入电路中的电阻R2=60Ω时电流表的示数最小,并联电路中各支路两端的电压相等,且干路电流等于各支路电流之和,所以电流表的最小示数:
,当电流表选接0~3A,且示数为3A时,滑动变阻器接入电路中的电阻最小,此时通过滑动变阻器的电流:I2′=Imax-I1=3A-0.6A=2.4A,滑动变阻器接入电路中的最小阻值:
,即R2取值范围为5Ω~60Ω,电流表的示数范围为3A~0.8A.答:(1)电源电压为12V,灯丝电阻为10Ω;(2)只闭合S3时,要使小灯泡L正常发光,变阻器R2连入电路的阻值为14Ω;(3)闭合S1、S2、S3,为保证不损坏电流表,R2取值范围为5Ω~60Ω,电流表的示数范围为3A~0.8A.