問題詳情:
如圖所示電路中,電源電壓不變,R1=20Ω,滑動變阻器R2的最大值為60Ω,小燈泡L的額定電壓為5V,電流表的量程(0~0.6A或0~3A).只閉合S2時,電流表的示數為0.4A;只閉合S3,且變阻器的滑片P在正中點時,電流表的示數為0.3A.(不考慮温度對燈絲的影響)
求:
(1)電源電壓和燈絲電阻.
(2)只閉合S3時,要使小燈泡L正常發光,變阻器R2連入電路的阻值.
(3)閉合S1、S2、S3,為保*不損壞電流表,變阻器R2的阻值可調範圍和電流表的變化範圍.
【回答】
【考點】歐姆定律的應用;串聯電路的電流規律;並聯電路的電流規律;串聯電路的電壓規律;並聯電路的電壓規律;電阻的串聯;電功率的計算.
【分析】(1)只閉合S2時,R1與燈泡L串聯,電流表測電路中的電流,根據電阻的串聯和歐姆定律表示出電源的電壓;只閉合S3,且變阻器的滑片P在正中點時,燈泡L與滑動變阻器最大阻值的一半串聯,電流表測電路中的電流,再根據電阻的串聯和歐姆定律表示出電源的電壓,利用電源的電壓不變建立等式即可求出電源的電壓和燈絲電阻;
(2)只閉合S3時,燈泡正常發光時的電壓和額定電壓相等,根據歐姆定律和串聯電路的電流特點求出電路中的電流,利用串聯電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓,利用歐姆定律求出變阻器R2連入電路的阻值;
(3)閉合S1、S2、S3時,R1與R2並聯,電流表測幹路電流,當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時電流表的示數最小,根據並聯電路的電壓特點和歐姆定律求出其大小;當電流表的示數最大為3A時,滑動變阻器接入電路中的電阻最小,根據並聯電路的電流特點求出通過滑動變阻器的電流,利用歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最小值即可得出*.
【解答】解:(1)只閉合S2時,R1與燈泡L串聯,電流表測電路中的電流,
由於串聯電路中的總電阻等於各分電阻之和,
所以根據歐姆定律可得,電源的電壓:
U=I1(R1+RL)=0.4A×(20Ω+RL),
只閉合S3,且變阻器的滑片P在正中點時,燈泡L與滑動變阻器最大阻值的一半串聯,電流表測電路中的電流,
電源的電壓:
U=I2(+RL)=0.3A×(+RL),
由於電源的電壓不變
所以0.4A×(20Ω+RL)=0.3A×(+RL),
解得:RL=10Ω,
電源的電壓U=0.4A×(20Ω+RL)=0.4A×(20Ω+10Ω)=12V;
(2)只閉合S3時,燈泡正常發光時的電壓為5V,
串聯電路中各處的電流相等,所以電路中的電流IL===0.5A,
串聯電路中總電壓等於各分電壓之和,所以滑動變阻器兩端的電壓:
U2=U﹣UL=12V﹣5V=7V,
滑動變阻器接入電路中的電阻:
R2′===14Ω;
(3)閉合S1、S2、S3時,R1與R2並聯,電流表測幹路電流,
當滑動變阻器接入電路中的電阻R2=60Ω時電流表的示數最小,
並聯電路中各支路兩端的電壓相等,且幹路電流等於各支路電流之和,
所以電流表的最小示數:
Imin=+=+=0.6A+0.2A=0.8A,
當電流表選接0~3A,且示數為3A時,滑動變阻器接入電路中的電阻最小,
此時通過滑動變阻器的電流:
I2′=Imax﹣I1=3A﹣0.6A=2.4A,
滑動變阻器接入電路中的最小阻值:
R2″===5Ω,
即R2取值範圍為5Ω~60Ω,電流表的示數範圍為3A~0.8A.
答:(1)電源電壓為12V,燈絲電阻為10Ω;
(2)只閉合S3時,要使小燈泡L正常發光,變阻器R2連入電路的阻值為14Ω;
(3)閉合S1、S2、S3,為保*不損壞電流表,R2取值範圍為5Ω~60Ω,電流表的示數範圍為3A~0.8A.
知識點:電功率
題型:計算題