Question

1．在如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑片P置于滑动变阻器的中点时，电压表的示数为4V；在滑片从中点移到b端过程中，电压表的示数变化了2V，滑片从中点移到b端后15s内，定值电阻R₁产生的热量为60J，下列结果正确的是（　　）

• A． 电源电压为10V
• B． R₁的阻值为18Ω
• C． 滑动变阻器R的最大阻值为9Ω
• D． R₁初、末状态的电功率之比为16：9

Answer 1

分析 由电路分析可知，R₁与滑动变阻器串联，电压表测量滑动变阻器两端的电压；由滑片的移动和电压表示数变化可知滑片滑到b点时电压表的示数，则由欧姆定律可表示出滑片在不同位置时滑动变阻器两端的电压与电源电压电阻间的关系，联立可解得R₁与R最大值之间的关系及电源的电压； 由功率公式可求得R₁的阻值，则可求得R的最大阻值；最后由功率公式分别求得R₁先后两次消耗的电功率，即可求得比值．

解答 解：由电路图可知，R₁与R串联，电压表测R两端的电压，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，当滑片在中点时，电路中的电流：
I₁=$\frac{U}{{R}_{1}+\frac{R}{2}}$，
则滑动变阻器两端的电压：
U₁=I₁×$\frac{R}{2}$=$\frac{U}{{R}_{1}+\frac{R}{2}}$×$\frac{R}{2}$=4V-------①
由题意知，当滑片滑到b处时因R的接入电阻变大，
故电压表示数应增大，即滑片滑到b点时，滑动变阻器两端电压为U₂=4V+2V=6V，
同理得：$\frac{U}{{R}_{1}+R}$×R=6V---------②
用①式比②式可得：$\frac{{R}_{1}+R}{2{R}_{1}+R}$=$\frac{2}{3}$，
解得：R=R₁--------------③
将③代入②式可得：
$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{1}}$×R₁=6V，
解得：U=12V，故A错误；
当滑片滑到b点时，R₁两端电压为U₂′=12V-6V=6V，
则由Q=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$t可得：
R₁=$\frac{（{U}_{1}′）^{2}}{{Q}_{1}}$t=$\frac{（6V）^{2}}{60J}$×15s=9Ω，故B错误；
R的最大阻值：
R=R₁=9Ω，故C正确；
滑片在中点时，R₁两端的电压为12V-4V=8V，滑片在b点时电压为6V，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₁先后两次消耗的电功率之比：
$\frac{{P}_{1}}{{P}_{1}′}$=$\frac{\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{R}_{1}}}{\frac{（{U}_{1}′）^{2}}{{R}_{1}}}$=$\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{（U}_{1}′）^{2}}$=$\frac{（8V）^{2}}{（6V）^{2}}$=$\frac{16}{9}$，故D正确．
故选CD．

点评 本题已知量较少，故无法直接求出结果，所以其难点在于学生能否准确地建立方程；在电学中此类采用方程法求解的题目较多，应根据题意灵活设定未知量，列出方程才能准确求解．