29.如图所示的电路中,电源电压4.5V保持不变,灯L上标有“2.5V 1.25W”字样,电流表的量程为(0~0.6)A,电压表的量程为(0~3)V,滑动变阻器的最大阻值是20Ω.当开关S闭合后,移动滑动变阻器的滑片P,在保证电路安全的情况下,则下述判断正确的是( )
A.电流表的最大示数为0.6A B.电压表的最小示数为0V C.滑动变阻器消耗的功率可能为2W D.灯L消耗的最小功率0.45W 考点:电功率的计算;欧姆定律的应用。 专题:计算题;应用题。
分析:A、通过计算灯泡的额定电流,即可判断电流表的最大示数能否为0.6A; B、如果电压表的最小示数为0V,则此时灯泡两端的电压为4.5V; C、分别算出滑动变阻器的最小功率和最大功率,即可做出判断;
D、当滑动变阻器两端电压为3V时,此时灯泡两端的电压最小,灯泡消耗的功率是最小的, 要算灯泡的功率,需要先算出灯泡的电阻,计算灯泡的电阻公式是R=出灯泡的功率.
解答:解:A、灯泡的额定电流:I==
=0.5A,所以电路中的最大电流只能为0.5A,如果为0.6A则
,然后根据公式P=
就可以算
会烧坏灯泡,所以电流表的最大示数为0.5A,故选项A是错误的;
B、如果电压表的最小示数为0V,则此时灯泡两端的电压为4.5V,超过了灯泡的额定电压,灯泡会烧坏,所以选项B是错误的;
C、当电路中的电流为0.5A时,此时灯泡两端的电压最大,滑动变阻器两端的电压最小,消耗的功率最小, 滑动变阻器两端的电压为:U最小=4.5V﹣2.5V=2V,
滑动变阻器的最小功率:P最小=U最小I最小=2V×0.5A=1W,
当滑动变阻器的电阻与灯泡的电阻相等时,此时滑动变阻器消耗的功率是最大的, 灯泡的电阻:R=
=
=5Ω,
所以当滑动变阻器的阻值也为5Ω时,消耗的功率是最大的, 此时电路的总电阻:R总=5Ω+5Ω=10Ω, 电路中的电流:I=
=
=0.45A,
滑动变阻器两端的电压:U滑=IR=0.45A×5Ω=2.25V,
滑动变阻器消耗的最大功率:P最大=U滑I=2.25V×0.45A=1.0125W,所以选项C是错误的;
D、当滑动变阻器两端电压为3V时,此时灯泡两端的电压是最小的为1.5V,灯泡消耗的功率是最小的, 灯泡的电阻:R=
=
=5Ω,
灯泡的最小功率:P=故选 D.
==0.45W,所以选项D是正确的.
点评:解答本题时,要注意还要考虑灯泡的额定电流,通过比较灯泡的额定电流和电流表的量程,即可得出电路允许通过的最大电流;当滑动变阻器两端电压最大时,灯泡消耗的功率是最小的.
本题最难分析的是选项C,关键是要分别计算出滑动变阻器消耗的最小功率和最大功率,而其中滑动变阻器消耗的最大功率是最难分析的,很多学生可能会认为当电压表示数为3V时或变阻器的阻值最大时,消耗的功率是最大的,这两个认识都是错误的.
当滑动变阻器的阻值等于灯泡的电阻时,它消耗的功率才是最大的,我们可用公式P=(U﹣UL)
去分析:
U﹣UL是变阻器两端的电压,
是通过灯泡的电流,当然也是通过变阻器的电流,它们的乘积是滑动变阻
器的功率.因为RL一定,所以当U﹣UL=UL时,(U﹣UL)与UL的乘积最大,则可得出变阻器与灯泡的阻值相等时,变阻器消耗的功率最大. 一.解答题(共30小题)
1.(2011?青岛)在如图所示的电路中,电流表的量程为0~0.6A,电压表的最程为0~3V,R3=4Ω.求(画出相应的等效电路图):
(1)只闭合开关S1时,电路消耗的功率为4W,则电源电压U=?
(2)只闭合开关S2时,灯泡R1正常发光,R3消耗的功率为0.64W,则灯泡的电阻R1=?(写出该小题的解题思路后再求解)
(3)只闭合开S3时,在不损坏电流表、电压表和灯泡的情况下,则变阻器R2的取值范围是多少?
考点:电功率的计算;等效电路;欧姆定律的应用;电阻的串联。 专题:计算题;压轴题。
分析:(1)只闭合开关Sl时,电路为R3的简单电路,根据U=求出电源的电压;
(2)只闭合开关S2时,灯泡R1、R3串联,先根据串联电路的电流特点求出电路中电流,根据U=求出R3两端的电压,再根据串联电路的电压特点求出电阻R1两端的电压,最后根据欧姆定律求出灯泡的电阻R1的阻值;
(3)只闭合开关S3时,滑动变阻器和灯泡串联,根据电压表的量程和灯泡的额定电流确定电路中的最大电流,先根据欧姆定律求出电路的总电流,再根据串联电路的电阻特点求出滑动变阻器接入电路的最小阻值;根据串联电路的电阻分压特点可知,滑动变阻器两端的电压为3V时接入电路的电阻最大,根据串联电路的电压特点和欧姆定律求出电路中的电流,进一步根据欧姆定律求出其最大值,从而得出变阻器R2的取值范围. 解答:解:(1)只闭合开关Sl时,等效电路如下图
电源的电压为U===4V;
(2)只闭合开关S2时:等效电路如下图
思路一:R1=R﹣R3→R=→I=I3=
,
思路二:R1=
电路中电流为I1=I3=此时R3两端的电压为U3=
==0.4A, =
=1.6V,
电阻R1两端的电压为U1=U﹣U3=4V﹣1.6V=2.4V; 电阻R1的阻值为R1=
=
=6Ω;
(3)只闭合开关S3时,等效电路如下图
①滑片左移时,在不损坏电流表和电灯的情况下有: 电路中的最大电流为I=0.4A, 此时电路中的总电阻为R==
=10Ω,
滑动变阻器接入电路的最小值为R2=R﹣R1=10Ω﹣6Ω=4Ω; ②当滑片右移时,在不损坏电压表的情况下有: 电压表的示数U2=3V, R1两端的电压为U1′=U﹣U2=4V﹣3V=1V, 此时通过滑动变阻器的电流为I2=I1′=
=
=A,
滑动变阻器接入电路的最大阻值为R2=∴变阻器R2的阻值范围是4~18Ω.
==18Ω;
答:(1)电源电压为4V;(2)灯泡的电阻为6Ω;(3)变阻器R2的取值范围为4~18Ω.
点评:本题要求学生能通过电路中开关的通断得出正确的电路图,并能灵活应用串联电路的规律及欧姆定律求解.
2.(2011?南通)如图所示的电路中,电源电压为6V,定值电阻R0=10Ω,滑动变阻器R的最大阻值Rab=20Ω. (1)开关S拨到触点1时,电压表的示数为多大?
(2)开关S拨到触点2时,在变阻器滑片P移动过程中,电流表和电压表示数的最小值分别是多大? (3)定值电阻R0消耗的最大功率是多少?
考点:电功率的计算;欧姆定律的应用;电阻的串联。 专题:计算题;动态预测题。 分析:(1)当开关S拨到1时,电压表测量的是电源电压.
(2)当开关S拨到2时,R0与R组成串联电路;由图可知滑片在a端时,电表的示数最大,电压表测电源的电压,根据欧姆定律求出电路中的最大电流;滑片在b端时,电表的示数最小,电压表测R0两端的电压,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中电流和R0两端的电压.
(3)当滑片在a端时,电路中的电流最大,R0两端电压最大,功率最大. 解答:解:(1)当开关S拨到1时,电压表测量的是电源电压,因此示数为6V. (2)当开关S拨到2时,R0与R组成串联电路, 滑片在a端时,I=
=
=0.6A,电压表的示数为6V,
滑片在b端时,电路中的总电阻为R总=10Ω+20Ω=30Ω, 电路中电流:I=
=
=0.2A.
R0两端的电压:U0=IR0=0.2A×10Ω=2V,即电压表的示数为2V.
(3)当滑片在a端时,电路中的电流最大,R0两端电压最大,功率最大, P=UI=6V×0.6A=3.6W. 故答案为:(1)开关S拨到触点1时电压表的示数为6V;
(2)开关S拨到触点2时,电流表示数的最小值为0.2A;电压表的最小值为2V;
(3)定值电阻R0消耗的最大功率是3.6W.
点评:本题考查了欧姆定律、电功率的有关计算,分析好电路的组成是解题的关键. 3.(2011?南充)现有一个电源电压为10V的电源和一个“12V,12W”的灯泡,灯泡的电流随电压变化关系图象如图所示.
(1)把电源和灯泡构成一个闭合电路,求灯泡的电功率;
(2)若在(1)问的电路中再串联一个规格为“20Ω”的滑动变阻器和量程为0﹣0.6A的电流表,求滑动变阻器接入电路电阻的最小值;
(3)若把该电源和一个定值电阻R0=10Ω以及上述滑动变阻器构成串联电路,求滑动变阻器R电功率的最大值.