题目内容
12.分析 (1)已知灯泡的额定电压和额定功率,由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$即可求出灯泡的电阻;
(2)由于电源电压不变,根据P=UI即可求出电流之比I1:I4;
(3)根据串联电路的特点和欧姆定律利用I2:I3=10:9列出等式,根据P=I2R分别列出电阻R1和滑动变阻器的总功率和灯L和滑动变阻器的总功率的表达式,整理即可求出R1和R的阻值;利用串联电路的特点和P=I2R根据电阻R1和滑动变阻器的总功率求出I2,利用串联电路的特点和欧姆定律求出电源电压;
最后根据欧姆定律和串联联电路的特点即可求出消耗的功率最小时滑动变阻器R2的阻值.
解答 解:当只闭合S、S3时,只有灯泡连入电路,如图A所示;当只闭合S2、S3时,电阻R1、滑动变阻器和灯泡串联,滑动变阻器的阻值为R,如图所示B;再移动滑片使滑动变阻器的阻值为2R,如图C所示;当只闭合S、S1、S2时,电阻R1、滑动变阻器并联,如图D所示;![]()
(1)由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得:灯泡的电阻RL=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{({24V)}^{2}}{72W}$=8Ω;
(2)由图AD可知:电源电压不变,由P=UI得:
$\frac{{I}_{1}}{{I}_{4}}$=$\frac{\frac{{P}_{1}}{U}}{\frac{{P}_{2}}{U}}$=$\frac{{P}_{1}}{{P}_{4}}$=$\frac{5}{6}$;
(3)由图B可知:R总2=R1+R+RL,由图C可知:R总3=R1+2R+RL,
则I2=$\frac{U}{{R}_{总2}}$=$\frac{U}{{R}_{1}+R+{R}_{L}}$,I3=$\frac{U}{{I}_{总3}}$=$\frac{U}{{R}_{1}+2R+{R}_{L}}$;
已知:I2:I3=10:9,则$\frac{U}{{R}_{1}+R+{R}_{L}}$:$\frac{U}{{R}_{1}+2R+{R}_{L}}$=10:9;
即:R1=8R-RL=8R-8Ω-------------------①
由P=I2R得:
图B中电阻R1和滑动变阻器的总功率P′=I22(R1+R),即I22(R1+R)=10W--------②
图C中灯泡和滑动变阻器的总功率P″=I32(RL+2R),即I32(8Ω+2R)=9.72W------③
由于I2:I3=10:9,则$\frac{②}{③}$得:
3R1=20Ω+2R------------------------④
解①④方程得:R1=8Ω,R=2Ω;
由②得:I2=$\sqrt{\frac{10W}{{R}_{1}+R}}$=$\sqrt{\frac{10W}{8Ω+2Ω}}$=1A,
根据图B可知:电源电压U=I2(R1+R+RL)=1A×(8Ω+2Ω+8Ω)=18V,
由电路图可知:该电路消耗的功率最小是只闭合S2、S3,R1、灯泡和滑动变阻器串联,
由于此时电压表测量R1和滑动变阻器两端的电压,则电压表示数U′为最大15V时,电路中的电阻最大,电流最小,此时的功率最小;
根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可知:
灯泡两端的电压UL=U-U′=18V-15V=3V;
此时电路中的电流I′=IL=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{8Ω}$=0.375A,
由I=$\frac{U}{R}$得此时电路的最小电阻为R最小=$\frac{U}{I′}$=$\frac{18V}{0.375A}$=48Ω,
根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可知:
滑动变阻器连入电路的最大阻值为:R滑=R最小-R1-RL=48Ω-8Ω-8Ω=32Ω.
故答案为:8;5:6;32.
点评 本题考查了学生对串、并联电路的辨别和串联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的应用.本题难点是很多同学无法将四种状态下的电流关系及电功率关系联系在一起,故无法找到突破口.
| A. | 符合要求 | |
| B. | 需加入0.2kg的水后才符合要求 | |
| C. | 需减少0.04kg的盐水后才符合要求 | |
| D. | 符合要求后盐水的最小体积是0.6dm3 |
| 次数 数据 物理量 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| i | 10° | 20° | 30° | 40° | 50° | 60° |
| sini | 0.174 | 0.342 | 0.5 | 0.643 | 0.766 | 0.866 |
| r | 15.1° | 30.9° | 48.7° | 76.5° | ------ | ----- |
| sinr | 0.26 | 0.513 | 0.751 | 0.972 | ------ | ----- |
| A. | 逐渐变大 | B. | 不变 | C. | 逐渐变小 | D. | 无法确定 |
| A. | 使用这个滑轮可以省功 | |
| B. | 使用这个滑轮可以改变力的方向 | |
| C. | 以滑轮为参照物,拉起的物体是运动的 | |
| D. | 拉起的物体重力越大,滑轮的机械效率越高 |
| A. | L1与L2串联 | |
| B. | 电流表A1测L1的电流 | |
| C. | 当开关S2断开时,电流表A2的示数变小 | |
| D. | 当开关S2断开时,通过L1的电流变小 |