如图所示电路,电源两端的电压保持不变.R1是定值电阻,其阻值是6Ω,R2是滑动变阻器,小灯泡L的铭牌上标有“6V??3W”.当闭合开关S后,滑动变阻器的滑片P在a端时,灯泡恰好正常发光,此时定值电阻的功率是P1=1.5W;调节滑片P的位置使其位于b点时,灯泡的实际功率是PL′,定值电阻的功率是P1′,滑动变阻器的功率是Pb;再调节滑片P的位置使其位于c点时,灯泡的实际功率是PL″,定值电阻的功率是P1″,滑动变阻器的功率是Pc.
已知?P1′:P1″:P1=16:4:25,PL′:PL″=8:1,Pb:Pc=13:17.
求:(1)电源两端的电压,滑动变阻器分别在a端、b点、c点时电路中的电流Ia、Ib、Ic;
(2)滑动变阻器滑片P在b点和c点时,接入电路的电阻阻值Rb、Rc;
(3)灯泡的实际功率PL′和PL″各是多少.
网友回答
解:(1)当滑动变阻器的滑片P位于a端时,小灯泡L与定值电阻R1串联,其等效电路如图所示
灯泡正常发光,其两端电压UL=6V,功率PL=3W
∴Ia===0.5A
R1两端电压U1===3V
根据欧姆定律,
此时灯丝的电阻RL===12Ω????????
电源两端的电压U=U?L+U1=6V+3V=9V???????????
当滑动变阻器的滑片P位于b点、c点时,小灯泡L、滑动变阻器与定值电阻R1串联,其等效电路分别如图所示
由P=I2?R可得:
P1′:P1″:P1=(Ib2?R1):(Ic2?R1):(Ia2?R1?)=Ib2:Ic2:Ia2=16:4:25
∴Ib:Ic:Ia=4:2:5
∴Ib===0.4A
Ic===0.2A;????????????????????????
(2)根据P=I2?R可得:PL′:PL″=(?Ib2?RL′):(Ic2?RL″)=8:1
∴[(0.4A)2?RL′]:[(0.2A)2?RL″]=8:1
得到:RL′=2?RL″---------------------------①
同理,Pb:Pc=(Ib2?Rb):(Ic2?Rc?)=13:17,
∴[(0.4A)2?Rb]:[(0.2A)2?Rc]=13:1
得到:Rb=-----------------------------②
根据欧姆定律和串联电路特点
RL′+6Ω+Rb==22.5Ω,
∴RL′+Rb=16.5Ω----------------------------③
RL″+6Ω+Rc==45Ω,
∴RL″+Rc=39Ω------------------------------④
由①②③④四式联立,解出
Rb=6.5Ω,Rc=34Ω,
RL′=10Ω,RL″=5Ω??????
(3)PL′=Ib2?RL′=(0.4A)2×10Ω=1.6W
PL″=Ic2?RL″=(0.2A)2×5Ω=0.2W?????
答:(1)电源两端的电压,滑动变阻器分别在a端、b点、c点时电路中的电流分别为0.5A、0.4A、0.2A;
(2)滑动变阻器滑片P在b点和c点时,接入电路的电阻阻值Rb、Rc分别为6.5Ω、34Ω;
(3)灯泡的实际功率PL′和PL″各是1.6W、0.2W.
解析分析:(1)由小灯泡正常发光可知灯泡中电压,由欧姆定律可求得电源电压和电路中的电流Ia;然后根据P1′:P1∥:P1=16:4:25得出电流Ia、Ib、Ic的关系,即可根据已求出的电流Ia得到电流Ib、Ic的值;
(2)由功率公式和已知的功率比值,分别求出滑动变阻器分别在b点、c点时的灯泡和滑动变阻器上的阻值关系式,然后解联立方程即可;
(3)利用已求的灯泡的阻值和电流值,根据功率公式即可求出滑动变阻器分别在b点、c点时灯泡的实际功率.
点评:解答本题应明确以下几点:(1)正常工作时电压和功率即为额定电压和额定功率;
(2)根据已知功率比值列出包含所求物理量的关系式,然后逐个解答,本题是一道很难的题目;
(3)本题中需注意灯泡的阻值是变化的.