Question

如圖20所示電路中，電源兩端的電壓U保持不變。當(dāng)開關(guān)S₁、S₂斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片P距左端處時(shí)，電流表示數(shù)為I₁，電壓表示數(shù)為U_1，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率為P₁；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片P在最左端時(shí)，電流表示數(shù)為I_2，電壓表示數(shù)為U₂，電阻R₂消耗的電功率為P₂；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P距左端處時(shí)，電流表示數(shù)為I₃=1.5A，電壓表的示數(shù)為U₃�；瑒�(dòng)變阻器消耗的電功率為P₃=9W。已知：U₁：U₂=1：2；P₁：P₂=3：8。

求：（6分）
（1）電源兩端的電壓U；
（2）滑動(dòng)變阻器的最大電阻值；
（3）電阻R₂消耗的電功率P_2。

Answer 1

解析試題分析：首先分析電路：當(dāng)開關(guān)S₁、S₂斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片P距左端處時(shí)，電阻R₁、R₂和R₃串聯(lián)，電壓表測(cè)量的是電阻R₁兩端的電壓，電流表測(cè)量的是整個(gè)電路中的電流；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片P在最左端時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻為0，電阻電阻R₁和R₂串聯(lián)，電壓表測(cè)量的是電阻R₁兩端的電壓，電流表測(cè)量的是整個(gè)電路中的電流；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P距左端處時(shí)，電阻R₁和R₃并聯(lián)，電流表測(cè)量的是干路中的總電流。
（1）知道狀態(tài)1、2下的電壓之比，可利用公式U=IR列出一個(gè)等式，從而可以計(jì)算出狀態(tài)1、2下的電流I₁與I₂之比；
知道狀態(tài)1、2下的功率P₁與P₂之比，可利用公式P=I²R列出一個(gè)等式，從而可以計(jì)算出電阻R₂與R₃之間的關(guān)系；
在狀態(tài)1、2下，利用串聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)和公式U=IR列出一個(gè)關(guān)于電源電壓的等式，從而可以計(jì)算出電阻R₁與R₃之間的關(guān)系；
在狀態(tài)3下，知道電路中的總電流和電阻R₁與R₃之間的關(guān)系，利用并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，可以計(jì)算出通過電阻R₃的電流，又知道此時(shí)滑動(dòng)變阻器消耗的電功率，可利用公式計(jì)算出電源電壓。
（2）計(jì)算出通過電阻R₃的電流，又知道此時(shí)滑動(dòng)變阻器消耗的電功率，可利用公式P=I²R計(jì)算出電阻R₃的阻值。
（3）知道電阻R₂與R₃之間的關(guān)系和電阻R₃的阻值，從而可以計(jì)算出電阻R₂的阻值，再利用串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和公式計(jì)算出電阻R₂消耗的電功率P₂。
電路三種狀態(tài)等效電路如圖①、②、③所示……
（1）由狀態(tài)①、②的電壓比可得  即
由狀態(tài)①、②的功率比可得   即R₂=
由以上兩式可得I₁（）=I₂（R₁+R₂）   即R₁=
由狀態(tài)③可知，通過電阻的電流I₃^’==0.6A
所以電源電壓U==15V
（2）由P₃=， 得R₃=100Ω
（3）；  圖②中，電阻R₂的功率為=2W
考點(diǎn)：此題考查了學(xué)生對(duì)串、并聯(lián)電路的判斷，串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用。
點(diǎn)評(píng)：本題難點(diǎn)在于很多同學(xué)無法將三種狀態(tài)下的功率關(guān)系及電壓關(guān)系聯(lián)系在一起，故無法找到突破口。解答此類問題時(shí)，可將每一種情況中的已知量和未知量都找出來，仔細(xì)分析找出各情況中的關(guān)聯(lián)，即可求解。在解題過程中，注意電路的分析，根據(jù)已知條件分析出各種情況下的等效電路圖。