例1:如圖甲是定值電阻R0和有“6V6W”燈泡L的信息圖象。將它們接入圖乙所示的電路,其中電源電壓不變,滑動變阻器R最大阻值爲8Ω,當只閉合開關S、S1,滑片P位於R最右端時,燈泡L的實際功率爲lW.

求:(1)R0的阻值;

(2)燈泡正常發光100s,電流通過燈泡產生的熱量;

(3)電源電壓;

(4)電路消耗的最大電功率。

分析:(1)定值電阻的U−I圖象是正比例函數,圖甲中下方曲線表示定值電阻的圖線,根據圖象讀出一組數據,根據歐姆定律求出R0的阻值;

(2)燈泡正常發光100s,根據Q=W=Pt求出電流通過燈泡產生的熱量;

(3)當只閉合開關S、S1,滑片P位於R最右端時,燈泡L與R最大值串聯,燈泡L的實際功率爲lW,根據圖象讀出符合題意的電流和電壓,根據串聯電路的電流特點和歐姆定律求出滑動變阻器兩端的電壓,根據串聯電路的電壓特點求出電源的電壓;

(4)當S、S1、S2閉合且滑片位於左端時,R0與L並聯,電路的總電阻最小,電路的總功率最大,根據並聯電路的特點和額定電壓下燈泡正常發光以及P=UI=U2/R求出電路消耗的最大電功率。


解答:(1)定值電阻的U−I圖象是正比例函數,圖甲中下放曲線表示定值電阻的圖線,由圖甲可知,U0=2V時,通過的電流I0=0.2A,由I=U/R可得,R0的阻值:R0=U0/I0=2V/0.2A=10Ω;

(2)燈泡正常發光100s,電流通過燈泡產生的熱量:QL=WL=PLt=6W×100s=600J;(3)當只閉合開關S、S1,滑片P位於R最右端時,燈泡L與R最大值串聯,燈泡L的實際功率爲lW,由圖甲可得,燈泡兩端的電壓UL=2V,通過的電流IL=0.5A時符合,因串聯電路中各處的電流相等,所以,滑動變阻器兩端的電壓:UR=IR*R=IL*R=0.5A×8Ω=4V,因串聯電路中總電壓等於各分電壓之和,所以,電源的電壓:U=UL+UR=2V+4V=6V;

(4)當S、S1、S2閉合且滑片位於左端時,R0與L並聯,電路的總電阻最小,電路的總功率最大,因並聯電路中各支路兩端的電壓相等,且額定電壓下燈泡正常發光,所以,電路消耗的最大電功率:P=PL+P0=PL+U2/R0=6W+(6V)2/10Ω=9.6W。

答:(1)R0的阻值是10Ω;

(2)燈泡正常發光100s,電流通過燈泡產生的熱量是600J;

(3)電源電壓是6V;

(4)電路消耗的最大電功率是9.6W

例2:如圖甲所示的電路,電源電壓保持不變,R0爲定值電阻。當滑動變阻器的滑片移動時,滑動變阻器的電功率P1隨其接入電路的阻值R1的變化圖象如圖乙所示。

求:(1)當電壓表的示數爲4V,電流表的示數爲2A時,滑動變阻器接入電路的阻值和它在1min內消耗的電能;

(2)當滑動變阻器的電功率P1最大時,電流表和電壓表的示數;

(3)R0的阻值。


分析:(1)分析電路的連接,根據歐姆定律求滑動變阻器接入電路的阻值;根據圖2知變阻器對應阻值的功率,根據W1=P1t求它在1min內消耗的電能;

(2)由P1~R1圖可知,當滑動變阻器的電功率P1最大時R1的大小;根據P=I2R求電流表示數;根據歐姆定律的變形公求電壓表的示數:(3)根據在上面兩種情況下,由歐姆定律和串聯電路電壓的規律列方程組求解R0的阻值。


解答:由電路圖可知,R0與R1串聯,電壓表測R1兩端的電壓,電流表測電路中的電流;

(1)當電壓表的示數爲U1=4V,電流表的示數爲I1=2A時,根據歐姆定律I=U/R,滑動變阻器接入電路的阻值:R1'=U1/I1=4V/2A=2Ω,由圖乙知,對應的功率爲P1=8W,滑動變阻器在1min內消耗的電能:W1=P1t=8W×60s=480J;

(2)由P1~R1圖可知,當滑動變阻器的電功率P1最大時,P1max=9W,此時,R1=4Ω;根據P=I2R,電流表示數:I²=P1maxR1=9W4Ω所以I=1.5A根據歐姆定律的變形公式,電壓表的示數:U=R1I=4Ω×1.5A=6V;

(3)根據I=U/R可得:當U1=4V,電流表的示數爲I0=I1=2A時,根據歐姆定律和串聯電路電壓的規律有:U電源=U1+U0

U電源=4V+2R0−−−−−−①

當滑動變阻器的電功率P1最大時,U=6V,電流表的示數爲I0=I=1.5A時,根據歐姆定律和串聯電路電壓的規律有:

U電源=6V+1.5R0−−−−−−−−②

解①②式可得:R0=4Ω。

答:(1)滑動變阻器接入電路的阻值爲2Ω和它在1min內消耗的電能爲480J;

(2)當滑動變阻器的電功率P1最大時,電流表的示數爲1.5A和電壓表的示數爲6V;

(3)R0的阻值爲4Ω。

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