题目内容

【题目】如图所示,电源电压和小灯泡的阻值均保持不变,小灯泡L标有“4V 1.6W”字样,R1=20Ω,滑动变阻器R2允许通过的最大电流为1A,电流表的量程为0﹣0.6A,电压表的量程为0﹣3V.则:

(1)只闭合开关S2时,电压表的示数为2V,求电源电压。

(2)在不损坏各电路元件的情况下,若闭合所有开关,滑动变阻器R2消耗的最大功率和最小功率之比为3:1,求R2的最大阻值。

(3)只闭合开关S3,求小灯泡L消耗的电功率变化范围。

【答案】(1)6V。(2)30Ω。(3)0.225W~0.9W。

【解析】

(1)由P=可得,小灯泡的阻值:

RL===10Ω,

只闭合开关S2时,L与R1串联,电压表测L两端的电压,

因串联电路中各处的电流相等,由欧姆定律可得此时电路中的电流:

I=IL===0.2A,

由串联电路的电阻特点和欧姆定律可得电源的电压:

U=I(RL+R1)=0.2A×(10Ω+20Ω)=6V;

(2)闭合所有开关时,R1与R2并联,电流表测通过R2的电流,

当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,其消耗的电功率最小,

因并联电路中各支路两端的电压相等,所以滑动变阻器R2消耗的最大功率:

P2小=,

因滑动变阻器R2允许通过的最大电流为1A,电流表的量程为00.6A,

所以通过滑动变阻器的最大电流I2大=0.6A,

则滑动变阻器R3消耗的最大功率:

P2大=UI2大,

由题知,滑动变阻器R2消耗的最大功率和最小功率之比为3:1,

所以:

= =,

由此可得:

R2===30Ω;

(3)只闭合开关S3时,RL于R2串联,电压表测RL两端的电压,

当电压表的示数最大时,U′L=3V时,电路中的电流:

I1== =0.3A,

因串联电路中各处的电流相等,且电流表的量程为00.6A,所以,电路中的最大电流为0.3A,

则小灯泡RL消耗的最大电功率:

PL大=I21RL=(0.3A)2×10Ω=0.9W,

当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时,RL消耗的电功率最小,

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以电路中的最小电流:

I2== =0.15A,

所以小灯泡R1消耗的电功率:

PL小=I22RL=(0.15A)2×10Ω=0.225W,

所以小灯泡RL消耗的电功率变化范围是:0.225W0.9W。

答:(1)电源电压为6V;

(2) R2的最大阻值为30Ω;

(3)只闭合开关S3,小灯泡L消耗的电功率变化范围为0.225W0.9W。

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