如图所示电路中,电源电压不变,R1=20Ω,滑动变阻器R2的最大值为60Ω,小灯泡L的额定电压为5V,电流表的量程(0~0.6A或0~3A).只闭合S2时,电流表的示数为0.4A;只闭合S3,且变阻器的滑片P在正中点时,电流表的示数为0.3A.(不考虑温度对灯丝的影响)
求:
(1)电源电压和灯丝电阻.
(2)只闭合S3时,要使小灯泡L正常发光,变阻器R2连入电路的阻值.
(3)闭合S1、S2、S3,为保证不损坏电流表,变阻器R2的阻值可调范围和电流表的变化范围.
网友回答
解:(1)只闭合S2时,R1与灯泡L串联,电流表测电路中的电流,
∵串联电路中的总电阻等于各分电阻之和,
∴根据欧姆定律可得,电源的电压:
U=I1(R1+RL)=0.4A×(20Ω+RL),
只闭合S3,且变阻器的滑片P在正中点时,灯泡L与滑动变阻器最大阻值的一半串联,电流表测电路中的电流,
电源的电压:
U=I2(+RL)=0.3A×(+RL),
∵电源的电压不变
∴0.4A×(20Ω+RL)=0.3A×(+RL),
解得:RL=10Ω,
电源的电压U=0.4A×(20Ω+RL)=0.4A×(20Ω+10Ω)=12V;
(2)只闭合S3时,灯泡正常发光时的电压为5V,
∵串联电路中各处的电路相等,
∴电路中的电流IL===0.5A,
∵串联电路中总电压等于各分电压之和,
∴滑动变阻器两端的电压:
U2=U-UL=12V-5V=7V,
滑动变阻器接入电路中的电阻:
R2′===14Ω;
(3)闭合S1、S2、S3时,R1与R2并联,电流表测干路电流,
当滑动变阻器接入电路中的电阻R2=60Ω时电流表的示数最小,
∵并联电路中各支路两端的电压相等,且干路电流等于各支路电流之和,
∴电流表的最小示数:
Imin=+=+=0.6A+0.2A=0.8A,
当电流表选接0~3A,且示数为3A时,滑动变阻器接入电路中的电阻最小,
此时通过滑动变阻器的电流:
I2′=Imax-I1=3A-0.6A=2.4A,
滑动变阻器接入电路中的最小阻值:
?R2″===5Ω,
即R2取值范围为5Ω~60Ω,电流表的示数范围为3A~0.8A.
答:(1)电源电压为12V,灯丝电阻为10Ω;
(2)只闭合S3时,要使小灯泡L正常发光,变阻器R2连入电路的阻值为14Ω;
(3)闭合S1、S2、S3,为保证不损坏电流表,R2取值范围为5Ω~60Ω,电流表的示数范围为3A~0.8A.
解析分析:(1)只闭合S2时,R1与灯泡L串联,电流表测电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压;只闭合S3,且变阻器的滑片P在正中点时,灯泡L与滑动变阻器最大阻值的一半串联,电流表测电路中的电流,再根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压,利用电源的电压不变建立等式即可求出电源的电压和灯丝电阻;
(2)只闭合S3时,灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据欧姆定律和串联电路的电流特点求出电路中的电流,利用串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压,利用欧姆定律求出变阻器R2连入电路的阻值;
(3)闭合S1、S2、S3时,R1与R2并联,电流表测干路电流,当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电流表的示数最小,根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出其大小;当电流表的示数最大为3V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最小,根据并联电路的电流特点求出通过滑动变阻器的电流,利用欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最小值即可得出