如图所示电路,小灯泡标有“6V??0.3A”,R1是定值电阻,R2是滑动变阻器,电源电压保持不变.当开关S闭合,滑动变阻器滑片P位于a点时,小灯泡正常发光,其电功率为PL,电压表V2的示数为Ua,R1与R2的电功率分别为P1a、Pa,电路的总电功率为P总;当滑动变阻器的滑片P移动到b点时,小灯泡的电功率为PL′,电压表V2的示数为Ub,R1与R2的电功率分别为P1b、Pb,电路的总电功率为P总′.若P总:P总′=3:2,PL:PL′=9:2,P1a-P1b=0.75W,Pb-Pa=0.95W.
求:
(1)小灯泡正常发光时灯丝的电阻和定值电阻R1的阻值;
(2)电压表V1的示数;
(3)电压表V2的示数Ua和Ub.
网友回答
解:当开关S闭合后,小灯泡与R1和R2串联,滑动变阻器滑片P分别位于a、b两点时的等效电路图分别如图1、2所示.
(1)当滑动变阻器的滑片位于a点时,小灯泡正常发光,
Ia=0.3A,灯泡电阻RL===20Ω,
由电源电压不变===,
则Ib=Ia=×0.3A=0.2A,
R1为定值电阻,由P=I2R得:
P1a-P1b=Ia2R1-Ib2R1=(0.3A)2?R1-(0.2A)2?R1=0.75W,
解得:R1=15Ω,
答:小灯泡正常发光时灯丝的电阻是20Ω,定值电阻R1的阻值是15Ω.?????????????????????????
(2)由P=I2R得,==×=,
所以RL′=RL=×20Ω=10Ω;
∵R总=RL+R1+Ra,R总′=RL′+R1+Rb
由电源电压不变,由U=IR得:
IaR总=IbR总′,即:0.3A(20Ω+15Ω+Ra)=0.2A(10Ω+15Ω+Rb),
∴2Rb-3?Ra=55???①
∵Pb-Pa=Ia2Ra-Ib2Rb=(0.2A)2×Rb-(0.3A)2×Ra=0.95W
∴4?Rb-9?Ra=95??②
由①②式解出:Rb=35Ω,Ra=5Ω;
电压表V1测的是电源电压
U=IR=IaR总=0.3A×(20Ω+15Ω+5Ω)=12V;
答:电压表V1的示数是12V.
(3)电压表V2的示数Ua和Ub:
Ua=IaRa=0.3A×5Ω=1.5V??????????????????????????????
Ub=IbRb=0.2A×35Ω=7V??????????????????????????????
答电压表V2的示数Ua和Ub分别是:1.5V、7V.
解析分析:(1)分析电路结构,作出两种情况下的等效电路图,由欧姆定律求出灯泡的电阻,然后由电功率公式P=UI求出两种情况下的电路电流关系,最后由电功率公式P=I2R求出电阻R1的阻值.
(2)由电功率公式P=I2R、串联电路特点、及欧姆定律求出电压表V1的示数.
(3)由串联电路特点及U=IR求出电压表V2的示数Ua和Ub.
点评:本题是一道电学综合题,难度较大,分析电路结构,作出等效电路图、熟练应用欧姆定律、串联电路特点、电功率公式是正确解题的关键.