9.如图T4-9甲所示,电源电压恒定,滑动变阻器的规格为“30 Ω 1 A”,在AB间接入规格为“12 V 12 W”的灯泡,闭合开关,当滑动变阻器的5阻值连入电路时,灯泡正常发光。 (1)求灯泡正常工作时通过的电流和电源电压。
(2)R0是在如图乙所示的Ra和Rb之间任意取值的电阻。当在AB间接入电阻R0后,闭合开关,在保证电路安全的情况下,将滑片P从最右端向左端滑动的过程中,电流表示数均出现过0.4 A(电流表选择0~0.6 A量程),求R0的取值范围及电压表示数的最大值和最小值。
1
图T4-9
10.如图T4-10甲所示,电源电压可调,灯泡L规格为“15 V 45 W”,且灯丝电阻不随温度变化。电流表量程为0~0.6 A和0~3 A,滑动变阻器的规格分别为“25 Ω 2 A”和“10 Ω 3 A”。
(1)将电源电压调到18 V,闭合开关,移动滑片P,使灯泡正常发光。求灯泡的电阻和灯泡消耗的最小功率。 (2)将电源电压调到15 V,用定值电阻R0替换灯泡,滑片P置于中点A,闭合开关,电流表指针指到满偏刻度的3位置(可能重新选择了电表量程和滑动变阻器R)。然后将滑片P从中点A移到最左端B,两表示数的I-U关系图像如图乙所示。通过计算判断所用滑动变阻器的规格。
2
图T4-10
【参考答案】
1.解:(1)由图乙电路图可知,只闭合开关S1时,电路为R1的简单电路, 由I=R可得,通过R1的电流 I1=R=110Ω=2A。
1
U
U220V
(2)由图乙电路图可知,闭合S1、S2时,R1与R2并联,电路的总电阻最小, 根据
U2
P=UI=R可知,此时电熨斗消耗的功率最大,
P660W
=3A, U220V
此时电路的最大总电流I==通过R1的电流I1=2A不变,
则通过R2的电流I2=I-I1=3A-2A=1A, 则只闭合S2时,R2在60s内产生的热量 Q2=W2=UI2t=220V×1A×60s=1.32×104J。
(3)由I1>I2可知,只闭合S2时,图乙电路中的电流最小,电熨斗的电功率最小,处于低温工作状态,则R2的阻值R2=I=U220V
=220Ω, 1A2
图丙中,控制电熨斗处于原低温工作状态不变时,应只闭合S2,电路为R2与滑动变阻器串联, 当发热体的功率为原功率的25%时,滑动变阻器完全接入电路中, 由
U
P=UI=I2R=
2
R
可得,电路的电流
P2'P2×25%I2R×25%I2'=√=√=√22=0.5I2=0.5×1A=0.5A,
R2R2R2
此时电路的总电阻R==
U220V
=440Ω,
I2'0.5A
则滑动变阻器最大阻值至少为 R滑=R-R2=440Ω-220Ω=220Ω。
2.解:(1)由题意及电路图可知,开关S1断开时,饮水机为保温状态,电路为R2的简单电路,开关S1闭合时,饮水机为加热状态,R1与R2并联,
所以,加热状态时电阻丝R1的电功率 P1=P加热-P保温=500W-60W=440W, 因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由
U2
P=R可得,电阻
R1的阻值
U2(220V)2
R1=P=440W=110Ω。
1
(2)饮水机5min内消耗的电能
W=1600imp/(kW·h)=3.375×10-2kW·h=1.215×105J, 加热状态下的实际功率 P实际==W1.215×105J
=405W,
t5×60s
U2(220V)2484
==5Ω, 总=P加热500W
54imp
加热状态下的总电阻R由
U2
P=可得, R
实际电压U实际=√P实际R总=√405W×
484
Ω=198V。 5
3.解:(1)由题图甲可知,电阻R1与滑动变阻器R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流最小, 由图乙可知,I小=0.2A,此时滑动变阻器两端电压U大=14V, 由I=R可知滑动变阻器的最大阻值
U大14V
R2===70Ω。
I小0.2A
U
(2)当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时,电路中的电流最大, 由图乙可知I大=0.9A, 由I=R可知电源电压 U=I大R1=0.9A×R1①,
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,因串联电路中总电压等于各分电压之和, 所以,电源电压
U=I小R1+U大=0.2A×R1+14V②, ①②联立解得: R1=20Ω,U=18V,
U
由P=UI可知,当电路中电流最小时,电路消耗电功率最小,则最小功率 P最小=UI小=18V×0.2A=3.6W。
4.解:(1)当灯泡A、B并联时,U=UA=UB=6V, 由题图甲可知,此时IA=1.0A,IB=0.5A, 则干路上的电流I=IA+IB=1.0A+0.5A=1.5A。
(2)由题图甲可知,当灯泡A、B串联,灯泡B正常发光时,电路中电流I'=0.5A,此时灯泡A两端电压UA'=2V, 则RA=
UA'2V
==4Ω。 I'0.5A
(3)当灯泡A与滑动变阻器R串联,且PR=2PA时, 有URI串=2UA串I串, 则UR=2UA串①, 因为UR+UA串=6V②,
①②联立解得此时灯泡A两端电压UA串=2V, 由题图甲可知,通过灯泡A的电流I串=0.5A, 则此时灯泡A的功率 PA=UA串I串=2V×0.5A=1W,
滑动变阻器的功率PR=2PA=2×1W=2W。 5.解:(1)由P=R得,小灯泡正常发光时的电阻
2U2
额(6V)RL===10Ω。 P额3.6W
U2
(2)当开关都闭合,滑片位于a端时,滑动变阻器接入电路的阻值为零,灯泡与R0并联,根据灯泡正常发光,可知电源电压为U=U额=6V;
当S、S1闭合,S2断开,滑动变阻器滑片滑到中点时,滑动变阻器一半阻值与灯泡串联,电路中的电流为0.5A,由图像知,此时灯泡两端的电压为UL=4V, 所以滑动变阻器两端的电压 U滑=U-UL=6V-4V=2V,
由I=R得,滑动变阻器此时的阻值
U
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