如图所示,电源电压恒定,R1=10Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω,当S1、S2均断开,滑片P置于最下端B点时.电流表的示数为0.6A,求:
(1)电源电压;
(2)当S1、S2均断开,滑片P置于最上端A点时,在5min内通过R2的电流所产生的热量;
(3)当S1、S2均闭合,滑片P在A、B两端点间时,该电路所消耗的最小功率.
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解:(1)当S1、S2均断开,滑片P置于最下端B点时,电路为R1的简单电路,电流表测电路中的电流,
根据欧姆定律可得,电源的电压:
U=I1R1=0.6A×10Ω=6V;
(2)当S1、S2均断开,滑片P置于最上端A点时,电阻R1与滑动变阻器的最大阻值串联,
∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
∴此时电路中的电流:
I===0.2A,
在5min内通过R2的电流所产生的热量:
Q2=I2R2t=(0.2A)2×20Ω×5×60s=240J;
(3)当S1、S2均闭合,滑片P在A、B两端点间时,滑动变阻器的PA和PB部分电阻并联,
设RPA=R,则RPB=20Ω-R,
∵并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和,
∴R并===(-R2+20R),
由二次函数的极值可知,
当R=-,即R=10Ω时,R并最大,即R并max===5Ω,
该电路所消耗的最小功率:
Pmin===7.2W.
答:(1)电源电压为6V;
(2)当S1、S2均断开,滑片P置于最上端A点时,在5min内通过R2的电流所产生的热量为240J;
(3)当S1、S2均闭合,滑片P在A、B两端点间时,该电路所消耗的最小功率为7.2W.
解析分析:(1)当S1、S2均断开,滑片P置于最下端B点时,电路为R1的简单电路,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律求出电源的电压;
(2)当S1、S2均断开,滑片P置于最上端A点时,电阻R1与滑动变阻器的最大阻值串联,根据电阻的串联特点和欧姆定律求出电路中的电流,利用Q=I2Rt求出在5min内通过R2的电流所产生的热量;
(3)当S1、S2均闭合,滑片P在A、B两端点间时,滑动变阻器的PA和PB部分电阻并联,根据电阻的并联特点表示出电路中的总电阻,根据P=可知,要使电路中的电功率最小应使电路中的总电阻最大,利用数学知识求出电路中的最大电阻即可得出