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16.某兴趣小组设计了如图所示的电路,AB为裸导线,CD、EF是材料、粗细完全相同的均匀裸电阻丝;其电阻与长度成正比.AB、CD平行放置,并用导线与电流表、开关S,和电源相连,电源电压U=12V,EF垂直放置在AB、CD的中点,且接触良好,CD=2EF,A、C两点间有开关S2.现只闭合S1,此时电流表示数I1=1A;若把EF从两中点间向左边移动一段距离后,电流表的示数为I2=0.6A;求:
(1)均匀裸电阻丝CD和EF的电阻各是多少?
(2)把EF从两中点间向左移动,电流表示数为I2时,电路的总电阻变化了多少?此时裸电阻丝EF消耗的功率与电路消耗的总功率之比是多少?
(3)把EF移动到B、D两点问,再闭合两开关,裸电阻丝EF与CD组成的是串联还是并联电路?此时电路消耗的总功率是多少?

分析 (1)只闭合开关S1时,EF和DF段电阻串联,根据欧姆定律求出三种情况下电路中的总电阻,根据电阻的串联结合EF在两中点间时电路的总电阻求出EF段的电阻,然后求出CD电阻;
(2)知道电流表示数为I2时电路中的总电阻,然后求出电路总电阻的变化量△R
根据P=I2R求出EF消耗的功率与根据P=UI求出电路消耗的总功率,然后即可求出之比;
(3)把EF移动到B、D两点间,再闭合两开关时,EF段电阻和CD段电阻并联,根据并联电路的电压特点和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得出他们消耗的电功率,两者之和即为电路消耗的总功率.

解答 解:(1)只闭合开关S1时,EF和DF段电阻串联,根据欧姆定律可得
EF垂直放置在AB、CD的中点间时电路中的电阻R=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{12V}{1A}$=12Ω,
设EF、CF、DF三段电阻丝的电阻为R,则EF垂直放置在AB、CD的中点间时电路中的电阻:
R=2R=12Ω,
解得:R=6Ω,
所以,REF=6Ω,RCD=2R=12Ω;
(2)把EF从两中点间向左边移动一段距离后电路中的总电阻
根据欧姆定律可得:
电路中的总电阻R=$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω,
总电阻变化了△R=R-R=20Ω-12Ω=8Ω;
由于串联电路中各处的电流相等,
则EF消耗的功率PEF=I22REF=(0.6A)2×6Ω=2.16W,
电路消耗的总功率P=UI2=12V×0.6A=7.2W,
故PEF:P=2.16W:7.2W=3:10.
(3)把EF移动到B、D两点间,再闭合两开关时,EF段电阻和CD段电阻并联,
由于并联电路中各支路两端的电压相等,
则EF段电阻和CD段电阻消耗的电功率分别为:
PEF=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{EF}}$=$\frac{(12V)^{2}}{6Ω}$=24W,PCD=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{CD}}$=$\frac{(12V)^{2}}{12Ω}$=12W,
电路消耗的总功率:
P=PEF+PCD=24W+12W=36W.
答:(1)均匀裸电阻丝CD和EF的电阻各是12Ω、6Ω;
(2)把EF从两中点间向左移动,电流表示数为I2时,电路的总电阻变化了8Ω;此时裸电阻丝EF消耗的功率与电路消耗的总功率之比是3:10;
(3)把EF移动到B、D两点间,再闭合两开关,裸电阻丝EF与CD组成的是并联电路;此时电路消耗的总功率是36W.

点评 本题考查了串联电路和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的应用,分清EF移动时电路的连接方式是解决本题的关键.

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