分析 (1)只闭合开关S和S1后,滑片位于a端时,电路为R1的简单电路,电路中电流表的示数最大,根据欧姆定律表示出电源的电压;当滑片位于b端时,R1与R2的最大阻值串联,电压表测R2两端的电压,电压表的示数最大,电路中电流表的示数最小,利用欧姆定律求出R2的最大阻值,根据串联电路的电压特点和欧姆定律表示出电源的电压,利用电源的电压不变得出等式即可求出R1的阻值,进一步求出电源的电压;
(2)知道灯泡的额定电压和额定功率,根据P=UI求出灯泡的额定电流,根据欧姆定律求出灯泡的电阻;当S、S2闭合时,灯泡L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,根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻为0时电路中的电流,然后与灯泡的额定电流相比较确定电路中的最大电流,根据P=UI求出电路消耗的最大总功率;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的总电阻最大,电路消耗的总功率最小,根据电阻的串联和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出电路消耗的最小功率,然后求出整个电路消耗的最大功率与最小功率之比.
解答 解:(1)只闭合开关S和S1后,滑片位于a端时,电路为R1的简单电路,电路中电流表的示数最大,
由I=$\frac{U}{R}$可得,电源的电压:
U=I大R1=0.6A×R1,
当滑片位于b端时,R1与R2的最大阻值串联,电压表测R2两端的电压,电压表的示数最大,电路中电流表的示数最小,
则滑动变阻器的最大阻值:
R2=$\frac{{U}_{2大}}{{I}_{小}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,电源的电压:
U=I小R1+U2大=0.2A×R1+2V,
因电源的电压不变,
所以,0.6A×R1=0.2A×R1+2V,
解得:R1=5Ω,
电源的电压U=I大R1=0.6A×5Ω=3V;
(2)由P=UI可得,灯泡的额定电流:
IL=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.5W}{2.5V}$=0.2A,
则灯泡的电阻:
RL=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω,
当S、S2闭合时,灯泡L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为0时,电路中的电流:
I′=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{12.5Ω}$=0.24A>0.2A,
则电路中的最大电流为0.2A,电路消耗的最大总功率:
P大=UIL=3V×0.2A=0.6W,
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的总电阻最大,电路消耗的总功率最小,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,电路消耗的最小电功率:
P小=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}+{R}_{2}}$=$\frac{(3V)^{2}}{12.5Ω+10Ω}$=0.4W,
则整个电路消耗的最大功率与最小功率之比:
P大:P小=0.6W:0.4W=3:2.
答:(1)电源电压为3V;
(2)整个电路消耗的最大功率与最小功率之比是3:2.
点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用,关键是开关闭合、断开时电路连接方式的辨别和电表对应示数的判断.
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A. | 电压表V2的示数变化范围为0~3V | |
B. | 电流表A的示数变化范围为0.15A~0.45A | |
C. | 滑动变阻器R2的阻值取值范围为5Ω~15Ω | |
D. | 电阻R1的电功率取值范围为0.225W~0.9W |
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