問題詳情:
如圖*所示的電路,電源電壓保持不變,小燈泡L標有“3V 0.75W”字樣,滑動變阻器R1的最大電阻值為20Ω,定值電阻R2=20Ω,電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V.求:
(1)小燈泡正常發光時的電阻是多少?
(2)只閉合開關S和S2,將變阻器R1的滑片P移到中點時,電流表示數為0.15A,則電源電壓是多少?
(3)只閉合開關S、S1和S3,移動變阻器的滑片P,小燈泡L的I﹣U關係如圖乙所示,在保*各電路元件安全的情況下,滑動變阻器R1允許接入電路的阻值變化範圍是多少?
【回答】
(1)小燈泡正常發光時的電阻是12Ω;
(2)電源電壓是4.5V;
(3)滑動變阻器R1允許接入電路的阻值變化範圍是6Ω~20Ω。
【分析】(1)燈泡正常發光時的電壓和額定電壓相等,根據P=UI=求出小燈泡正常發光時的電阻;
(2)只閉合開關S和S2,將變阻器R1的滑片P移到中點時,R1與R2串聯,電流表測電路中的電流,根據電阻的串聯和歐姆定律求出電源的電壓;
(3)只閉合開關S、S1和S3時,R1與L串聯,電壓表測L兩端的電壓,電流表測電路中的電流,當電壓表的示數為3V時,燈泡正常發光,此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小,根據串聯電路的電壓特點求出此時滑動變阻器兩端的電壓,根據串聯電路的電流特點結合圖象讀出此時電路中的電流,再根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的最小阻值;根據圖象可知燈泡兩端的電壓為1.5V時通過的電流,假設滑動變阻器可以完全接入電路中,根據歐姆定律求出其兩端的電壓,根據串聯電路的定義特點結合電源的定義確定假設成立,據此得出滑動變阻器接入電路中的最大阻值,然後得出*。
【解答】(1)由P=UI=可得,小燈泡正常發光時的電阻:
RL===12Ω;
(2)只閉合開關S和S2,將變阻器R1的滑片P移到中點時,R1與R2串聯,電流表測電路中的電流,
因串聯電路中總電阻等於各分電阻之和,
所以,由I=可得,電源的電壓:
U=I(R1+R2)=0.15A×(×20Ω+20Ω)=4.5V;
(3)只閉合開關S、S1和S3時,R1與L串聯,電壓表測L兩端的電壓,電流表測電路中的電流,
當電壓表的示數為3V時,燈泡正常發光,此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小,
因串聯電路中總電壓等於各分電壓之和,
所以,此時滑動變阻器兩端的電壓:
U1=U﹣UL=4.5V﹣3V=1.5V,
因串聯電路中各處的電流相等,
所以,由圖象可知,此時電路中的電流I1=IL=0.25A,
所以,滑動變阻器接入電路中的最小阻值:
R1小===6Ω;
由圖象可知,燈泡兩端的電壓UL′=1.5V時,電路中的電流I2=IL′=0.15A,
假設滑動變阻器可以完全接入電路中,則其兩端的電壓:
U1′=I2R1=0.15A×20Ω=3V,
由U=UL′+U1′可知,假設成立,即滑動變阻器接入電路中的最大阻值為20Ω,
所以,滑動變阻器R1允許接入電路的阻值變化範圍是6Ω~20Ω。
【點評】本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用,從圖象中獲取有用的信心是關鍵。
知識點:電功率
題型:計算題