例1:如图甲是定值电阻R0和有“6V6W”灯泡L的信息图象。将它们接入图乙所示的电路,其中电源电压不变,滑动变阻器R最大阻值为8Ω,当只闭合开关S、S1,滑片P位于R最右端时,灯泡L的实际功率为lW.

求:(1)R0的阻值;

(2)灯泡正常发光100s,电流通过灯泡产生的热量;

(3)电源电压;

(4)电路消耗的最大电功率。

分析:(1)定值电阻的U−I图象是正比例函数,图甲中下方曲线表示定值电阻的图线,根据图象读出一组数据,根据欧姆定律求出R0的阻值;

(2)灯泡正常发光100s,根据Q=W=Pt求出电流通过灯泡产生的热量;

(3)当只闭合开关S、S1,滑片P位于R最右端时,灯泡L与R最大值串联,灯泡L的实际功率为lW,根据图象读出符合题意的电流和电压,根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出滑动变阻器两端的电压,根据串联电路的电压特点求出电源的电压;

(4)当S、S1、S2闭合且滑片位于左端时,R0与L并联,电路的总电阻最小,电路的总功率最大,根据并联电路的特点和额定电压下灯泡正常发光以及P=UI=U2/R求出电路消耗的最大电功率。


解答:(1)定值电阻的U−I图象是正比例函数,图甲中下放曲线表示定值电阻的图线,由图甲可知,U0=2V时,通过的电流I0=0.2A,由I=U/R可得,R0的阻值:R0=U0/I0=2V/0.2A=10Ω;

(2)灯泡正常发光100s,电流通过灯泡产生的热量:QL=WL=PLt=6W×100s=600J;(3)当只闭合开关S、S1,滑片P位于R最右端时,灯泡L与R最大值串联,灯泡L的实际功率为lW,由图甲可得,灯泡两端的电压UL=2V,通过的电流IL=0.5A时符合,因串联电路中各处的电流相等,所以,滑动变阻器两端的电压:UR=IR*R=IL*R=0.5A×8Ω=4V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,电源的电压:U=UL+UR=2V+4V=6V;

(4)当S、S1、S2闭合且滑片位于左端时,R0与L并联,电路的总电阻最小,电路的总功率最大,因并联电路中各支路两端的电压相等,且额定电压下灯泡正常发光,所以,电路消耗的最大电功率:P=PL+P0=PL+U2/R0=6W+(6V)2/10Ω=9.6W。

答:(1)R0的阻值是10Ω;

(2)灯泡正常发光100s,电流通过灯泡产生的热量是600J;

(3)电源电压是6V;

(4)电路消耗的最大电功率是9.6W

例2:如图甲所示的电路,电源电压保持不变,R0为定值电阻。当滑动变阻器的滑片移动时,滑动变阻器的电功率P1随其接入电路的阻值R1的变化图象如图乙所示。

求:(1)当电压表的示数为4V,电流表的示数为2A时,滑动变阻器接入电路的阻值和它在1min内消耗的电能;

(2)当滑动变阻器的电功率P1最大时,电流表和电压表的示数;

(3)R0的阻值。


分析:(1)分析电路的连接,根据欧姆定律求滑动变阻器接入电路的阻值;根据图2知变阻器对应阻值的功率,根据W1=P1t求它在1min内消耗的电能;

(2)由P1~R1图可知,当滑动变阻器的电功率P1最大时R1的大小;根据P=I2R求电流表示数;根据欧姆定律的变形公求电压表的示数:(3)根据在上面两种情况下,由欧姆定律和串联电路电压的规律列方程组求解R0的阻值。


解答:由电路图可知,R0与R1串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流;

(1)当电压表的示数为U1=4V,电流表的示数为I1=2A时,根据欧姆定律I=U/R,滑动变阻器接入电路的阻值:R1'=U1/I1=4V/2A=2Ω,由图乙知,对应的功率为P1=8W,滑动变阻器在1min内消耗的电能:W1=P1t=8W×60s=480J;

(2)由P1~R1图可知,当滑动变阻器的电功率P1最大时,P1max=9W,此时,R1=4Ω;根据P=I2R,电流表示数:I²=P1maxR1=9W4Ω所以I=1.5A根据欧姆定律的变形公式,电压表的示数:U=R1I=4Ω×1.5A=6V;

(3)根据I=U/R可得:当U1=4V,电流表的示数为I0=I1=2A时,根据欧姆定律和串联电路电压的规律有:U电源=U1+U0

U电源=4V+2R0−−−−−−①

当滑动变阻器的电功率P1最大时,U=6V,电流表的示数为I0=I=1.5A时,根据欧姆定律和串联电路电压的规律有:

U电源=6V+1.5R0−−−−−−−−②

解①②式可得:R0=4Ω。

答:(1)滑动变阻器接入电路的阻值为2Ω和它在1min内消耗的电能为480J;

(2)当滑动变阻器的电功率P1最大时,电流表的示数为1.5A和电压表的示数为6V;

(3)R0的阻值为4Ω。

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