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(2009?江苏二模)额定电压为3V的灯泡L1和额定电压为6V的灯泡L2组成如图所示的电路,R为定值电阻,已知电源电压保持不变,若闭合开关S、S1,断开S2,L1实际功率为其额定功率的1/4,电压表的示数为4.5V;若闭合开关S、S2,断开S1,电压表的示数为3V;若铜时闭合开关S、S1、S2,电流表的示数为0.4A.求:
(1)电源电压;
(2)L1的额定功率;
(3)电路最小功率.
分析:(1)若闭合开关S、S1,断开S2时,L1与电阻R串联,根据P=
U2
R
可知L1实际功率为其额定功率的
1
4
时L1电压,再根据串联电路的电压特点求出电源的电压,再根据串联电路电阻的分压特点可知它们电阻之间的关系;
(2)若闭合开关S、S2,断开S1时,L2与电阻R串联,根据串联电路电阻的分压特点可知L2与电阻R之间的关系;
若同时闭合开关S、S1、S2时,L1和L2并联再与R串联,电流表测总电流,根据电阻的串联和并联特点利用欧姆定律得出等式,联立等式求出电阻的大小,再利用P=
U2
R
求出L1的额定功率;
(3)根据P=
U2
R
可知当电路中的电阻最大时电路中的电功率最小,根据电阻的串联特点和并联特点可知当闭合开关S、S2,断开S1时,电路中功率最小,利用P=
U2
R
求出电路最小功率.
解答:解:(1)当闭合开关S、S1,断开S2时,L1与电阻R串联,
∵P=
U2
R
,且灯泡L1实际功率为其额定功率的
1
4
和额定电压为3V,
∴L1两端的电压为1.5V,
∵串联电路各处的电流相等,
∴R=3R1--------①
故电源电压U=1.5V+4.5V=6V;
(2)当闭合开关S、S2,断开S1,L2与电阻R串联,
则:U2+UR=6V,
∵UR=3V,
∴U2=3V,
∵串联电路各处的电流相等,
∴R2=R-------②
当同时闭合开关S、S1、S2时,L1和L2并联,再与R串联,
则:
R1R2
R1+R2
+R=
6V
0.4A
--------③
联立①②③式可得:R1=4Ω,R=R2=12Ω,
∴L1的额定功率P=
U2
R1
=
(3V)2
=2.25W;
(3)由题意得:闭合开关S、S2,断开S1时,电路中功率最小,
Pmin=
U2
R
=
U2
R2+R
=
(6V)2
12Ω+12Ω
=1.5W.
答:(1)电源电压为6V;
(2)L1的额定功率为2.25W;
(3)电路最小功率为1.5W.
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、电功率公式的灵活运用,关键是L1实际功率求出实际功率为其额定功率的
1
4
时L1电压,难点是根据已知条件建立方程求出灯泡和R的阻值.
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