如图所示电路中,电源电压保持不变,R1=24欧,滑动变阻器R的阻值变化范围是0~100欧.当S3 断开,S1、S2闭合时,电流表的示数为0.5安;当S1、S2、S3都闭合时,电流表的示数是0.75安,此时灯泡L恰好正常发光.求:
(1)电源电压;
(2)小灯泡的额定功率;
(3)S3闭合S1、S2断开,且滑动变阻器消耗的功率最大时,电流表的示数.
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解:由图知:
(1)S3断开,S1、S2闭合时,只有R1接入电路,
∵I=,
∴电源电压为U=I1R1=0.5A×24Ω=12V;
(2)当 S1、S2、S3都闭合时,滑动变阻器被短路,R1与灯L并联,
通过灯泡的电流为IL=I-I1=0.75A-0.5A=0.25A,
灯泡额定功率为P额=U额IL=12V×0.25A=3W;
(3)S3闭合,S1、S2 断开时,变阻器与灯串联,
设变阻器接入电路的有效电阻为R′时,其消耗的电功率最大,此时电路中的电流为 I2,则
I2=
∵P=,∴灯泡电阻为RL===48Ω,
变阻器消耗的电功率为
变阻器消耗的功率为P′=I22R′=()2?R′=.
由此可知R′=RL=48Ω时,P′最大.
电流表的最大示数为I2===0.125A.
答:(1)电源电压为12V;
(2)小灯泡的额定功率为3W;
(3)S3闭合S1、S2断开,且滑动变阻器消耗的功率最大时,电流表的示数为0.125A.
解析分析:(1)S3断开,S1、S2闭合时,只有R1接入电路,已知电阻阻值和电流表示数,利用U=IR得到电源电压;
(2)当 S1、S2、S3都闭合时,滑动变阻器被短路,R1与灯L并联,通过电阻的电流不变,已知干路电流和通过电阻的电流,可以得到通过灯泡的电流;已知灯泡两端电压和通过的电流,利用公式P=UI得到额定功率;
(3)S3闭合,S1、S2 断开时,支路断路,变阻器与灯串联.
点评:此题考查的是欧姆定律、电功率计算公式及其变形公式、串联电路、并联电路的特点的应用,根据开关的开合判断电路的连接关系,根据电路特点确定等量关系,是解决较复杂的电学综合题的关键.