践行者初中物理电学典题详解第390题
390.如图甲所示电路,电源电压保持不变,灯L上标有“6V3W”字样,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V.滑动变阻器R的最大阻值为60Ω.闭合开关S和S1且断开S2时,移动滑动变阻器的滑片P,电路中的电流I与其接入电路的电阻R的关系如图乙所示,当滑动变阻器接入电路的阻值由R1增大到5R1时,定值电阻R0的功率变化了1.8W.求:(小灯泡的电阻保持不变)
⑴灯泡的电阻;
⑵闭合S和S2且断开S1,当变阻器的接入的阻值为4Ω时,灯泡正常发光,求电源电压;
⑶电阻R0的阻值;
⑷闭合开关S和S1且断开S2时,在保证电路安全的情况下,当R0的功率最小时,求滑动变阻器消耗的电功率。
解析:1闭合开关S和S1且断开S2时:
1.1分析电路图可知:
①L断路,R0与R串联,
②V测R两端电压U1,
③A测量电路中的电流I;
1.2分析乙图可知:
①乙图是R的阻值与电流I的I-R图像,
②由图可知:当R=R1时,I=2I1,
当R=5R1时,I=I1;
1.3由题意可知:
①当R的阻值由R1增大到5R1时,
R0的电功率变化量△P0=1.8W,
又△P0=(2I1)²R0-(I1)²R0
=3I1²R0,
所以3I1²R0=1.8W,
即I1²R0=0.6W;❶
②电源电压U不变,
由U=I(R0+R)可知,
U=2I1×(R0+R1)=I1×(R0+5R1),
即R0=3R1,❷
U=8I1R1=8I1R0/3;❸
2当闭合S和S2且断开S1时:
2.1分析电路图可知:
①L与R串联,
②V测量R两端电压U1,
③A测量电路中的电流I';
2.2由题意可知:
①R=4Ω,
②L正常发光,且灯L上标有“6V3W”字样,
且小灯泡的电阻保持不变,
则UL额=6V,PL额=3W,
RL=(UL额)²/PL额
=(6V)²/3W
=12Ω,
I=IL额=PL额/UL额
=3W/6V
=0.5A,
UL=UL额=6V,
U1=IR
=0.5A×4Ω
=2V,
所以U=UL+U1
=6V+2V
=8V;❹
2.3将❹代入❸得
I1R0=3V,❺
将❺代入❶得I1=0.2A,❻
将❻代入❺得R0=15Ω;
3闭合开关S和S1且断开S2时:
3.1在保证电路安全的情况下,欲使R0的功率最小,只需电路中的电流I最小:
3.2由题意可知:
①电流表量程为0~0.6A,
②电压表量程为0~3V,
③滑动变阻器R的最大阻值为60Ω,
所以当U1max=3V时,电路中的电流Imin,
且Imin=U0/R0
=(U-U1max)/R0
=(8V-3V)/15Ω
=1A/3,
所以滑动变阻器消耗的电功率为:
P1=U1maxImin
=3V×1A/3
=1W。
答:⑴灯泡的电阻12Ω;
⑵电源电压为8V;
⑶电阻R0的阻值为15Ω;
⑷闭合开关S和S1且断开S2时,在保证电路安全的情况下,当R0的功率最小时,滑动变阻器消耗的电功率为1W。
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