【題目】如圖所示,是小勇設(shè)計(jì)的某電器設(shè)備的部分電路.電源電壓9V保持不變,燈泡L標(biāo)有“8V 4W”字樣,電流表的量程為03A,電壓表的量程為015V,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為20Ω.閉合開(kāi)關(guān)SS1時(shí),電路消耗的功率為4.05W.(不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化)求:

1)小燈泡L的電阻;

2)開(kāi)關(guān)S、S1、S2都閉合時(shí),通過(guò)電流表的最小電流;

3)在不超過(guò)電表量程和燈泡額定電壓的條件下,只閉合開(kāi)關(guān)S2時(shí)滑動(dòng)變阻器R2的電功率變化范圍.

【答案】1)小燈泡L的電阻16Ω;

2)開(kāi)關(guān)S、S1S2都閉合時(shí),通過(guò)電流表的最小電流0.9A;

3)在不超過(guò)電表量程和燈泡額定電壓的條件下,只閉合開(kāi)關(guān)S2時(shí)滑動(dòng)變阻器R2的電功率變化范圍0.5W1.27W

【解析】試題分析:(1)因?yàn)闊舻念~定電壓為UL=8V,額定功率為PL=4W,則由P=可得燈的電阻為:RL===16Ω

2)閉合開(kāi)關(guān)SS1時(shí),燈泡短路,R1單獨(dú)接入電路,此時(shí)其兩端電壓為U=9V,又知電路消耗的功率為P1=4.05W

P=可得燈的電阻為:R1===20Ω;

開(kāi)關(guān)SS1、S2都閉合時(shí),兩電阻并聯(lián),燈泡被短路,當(dāng)R2全部接入電路時(shí),電路中電阻最大,

I=可知此時(shí),通過(guò)R1的電流為:I1===0.45A

通過(guò)R2的電流為:I2===0.45A,

并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和,故I=I1+I2=0.45A+0.45A=0.9A;

3)當(dāng)只閉合S2時(shí),R2L串聯(lián),燈泡正常發(fā)光時(shí),電壓為UL=8V,額定功率為PL=4W,

額定電流為IL===0.5A3A,故電路中最大電流為I=0.5A,

當(dāng)變阻器接入電路阻值最大時(shí),電路中的最小電流I′===0.25A,此時(shí)各元件是安全的.

所以在不超過(guò)電表量程和燈泡額定電壓的條件下,電路中電流的取值范圍為0.25A0.5A

滑動(dòng)變阻器消耗的功率為P=U2I=U﹣UL實(shí)I=9V﹣IRLI=9V×I﹣16Ω×I2=W﹣4I﹣2W ①

當(dāng)4I﹣=0I=A0.5A時(shí),R2的功率最大Pmax=W≈1.27W;

根據(jù)前面推出的變阻器消耗功率與電流的二次函數(shù)表達(dá)式作出P﹣I圖象,如圖所示

根據(jù)圖象可知,當(dāng)電流最大為0.5A時(shí),滑動(dòng)變阻器消耗的電功率最小,此時(shí)燈泡正常發(fā)光.

此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U′=U﹣UL=9V﹣8V=1V,滑動(dòng)變阻器消耗的電功率為P1=U′IL=1V×0.5A=0.5W;

故滑動(dòng)變阻器R2的電功率變化范圍為0.5W1.27W

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