Question

【題目】如圖所示，電源電壓恒定，定值電阻R2=20Ω，滑動(dòng)變阻器R0上標(biāo)有“50Ω，0.5A”的字樣，電流表A的量程為0﹣0.6A，電壓表V的量程為0﹣15V，當(dāng)開關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，電壓表的示數(shù)為8V，當(dāng)開關(guān)S打到2位置且滑片P在中點(diǎn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器R0的功率為P0=4w，求：
（1）電源電壓U
（2）定值電阻R1的阻值；
（3）當(dāng)電路接通時(shí)，在確保電路元件安全的前提下，試討論何時(shí)電路的總功率最小，最小功率是多少；何時(shí)電路的總功率最大，最大功率又是多少？

Answer 1

【答案】【解答】解：
（1）當(dāng)開關(guān)S打到2位置及滑片的位置且滑片P在中點(diǎn)時(shí)，電路連接如圖：

滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為R′=R0=×50Ω=25Ω，
因?yàn)镻=I2R，
所以電路電流為I′===0.4A，
串聯(lián)電路總電阻為R串=R2+R′=20Ω+25Ω=45Ω，
因?yàn)镮= ，
所以電源電壓為U=I′R串=0.4A×45Ω=18V；
（2）當(dāng)開關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，電路連接如圖：

滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U0=U﹣U1=18V﹣8V=10V，
因?yàn)?/span> ，
所以 ，
解得R1=40Ω；
（3）當(dāng)開關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，電路總電阻最大，為R最大=R1+R0=40Ω+50Ω=90Ω，
此時(shí)的電路總功率最小，為P最小===3.6W；
當(dāng)電路電流達(dá)到滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流I最大=0.5A時(shí)，
電路總功率最大，為P最大=UI最大=18V×0.5A=9W．
答：
（1）電源電壓為18V；
（2）定值電阻R1的阻值為40Ω；
（3）電路的總功率最小是3.6W；最大功率是9W．
【解析】解：
（1）當(dāng)開關(guān)S打到2位置及滑片的位置且滑片P在中點(diǎn)時(shí)，電路連接如圖：

滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為R′=R0=×50Ω=25Ω，
因?yàn)镻=I2R，
所以電路電流為I′===0.4A，
串聯(lián)電路總電阻為R串=R2+R′=20Ω+25Ω=45Ω，
因?yàn)镮= ，
所以電源電壓為U=I′R串=0.4A×45Ω=18V；
（2）當(dāng)開關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，電路連接如圖：

滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U0=U﹣U1=18V﹣8V=10V，
因?yàn)?/span> ，
所以 ，
解得R1=40Ω；
（3）當(dāng)開關(guān)S打到1位置且滑片P在A端時(shí)，電路總電阻最大，為R最大=R1+R0=40Ω+50Ω=90Ω，
此時(shí)的電路總功率最小，為P最小===3.6W；
當(dāng)電路電流達(dá)到滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流I最大=0.5A時(shí)，
電路總功率最大，為P最大=UI最大=18V×0.5A=9W．
答：
（1）電源電壓為18V；
（2）定值電阻R1的阻值為40Ω；
（3）電路的總功率最小是3.6W；最大功率是9W．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解歐姆定律及其應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，掌握歐姆定律的應(yīng)用： ① 同一個(gè)電阻，阻值不變，與電流和電壓無(wú)關(guān) 但加在這個(gè)電阻兩端的電壓增大時(shí)，通過(guò)的電流也增大．（R=U/I） ② 當(dāng)電壓不變時(shí)，電阻越大，則通過(guò)的電流就越�。�（I=U/R） ③ 當(dāng)電流一定時(shí)，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR），以及對(duì)電功率的計(jì)算公式的理解，了解計(jì)算電功率公式：P =W/t ；P=UI ; 式中單位P→瓦(w)；W→焦；t→秒；U→伏（V）；I→安（A）計(jì)算電功率還可用公式：P=I2R和P= U2/R．