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(2013?遵义)如图所示,电路中电源电压和灯L的电阻保持不变,定值电阻R=20Ω,灯L标有“8V  6.4W”字样,电流表用0~0.6A量程,电压表用0~15V量程.
(1)灯泡L的电阻为多少?
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,电压表的示数为6V,电源电压为多少?
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,电流表的示数为0.6A,滑动变阻器的最大电阻为多少?
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,在确保电路安全的情况下,当电路消耗的功率最大时,滑动变阻器消耗的功率是多少?
分析:(1)知道灯泡的额定电压和额定功率,根据P=UI求出额定电流,根据欧姆定律求出电阻;
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,R与L串联,电压表测R两端的电压,根据欧姆定律求出电路中的电流,再根据欧姆定律求出灯泡两端的电压,利用串联电路的电压特点求出电源的电压;
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R与滑动变阻器的最大值并联,电流表测干路电流,根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出通过R的电流,再根据并联电路的电流特点求出通过滑动变阻器的电流,利用欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值;
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器与灯泡串联,根据灯泡的额定电流和电流表的量程确定电路中的最大电流,此时电路消耗的功率最大,根据欧姆定律求出灯泡两端的电压,利用串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压,利用P=UI求出滑动变阻器消耗的功率.
解答:解:(1)根据P=UI可得,灯泡的额定电流:
IL额=
PL额
UL额
=
6.4W
8V
=0.8A,
根据欧姆定律可得,灯泡的电阻:
RL=
UL额
IL额
=
8V
0.8A
=10Ω;
(2)开关S1闭合,S2、S3断开时,R与L串联,电压表测R两端的电压,
∵串联电路中各处的电流相等,
∴电路中的电流:
I=
UR
R
=
6V
20Ω
=0.3A,
此时灯泡两端的电压:
UL=IRL=0.3A×10Ω=3V,
∵串联电路中总电压等于各分电压之和,
∴电源的电压:
U=UR+UL=6V+3V=9V;
(3)将滑动变阻器的滑片移到b端,闭合开关S1、S2、S3时,R与滑动变阻器的最大值并联,电流表测干路电流,
∵并联电路中各支路两端的电压相等,
∴通过R的电流:
IR=
U
R
=
9V
20Ω
=0.45A,
∵并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
∴通过滑动变阻器的电流:
Iab=I-IR=0.6A-0.45A=0.15A,
滑动变阻器的最大阻值:
Rab=
U
Iab
=
9V
0.15A
=60Ω;
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,滑动变阻器与灯泡串联,
∵灯泡的额定电流为0.8A,电流表的量程为0~0.6A,
∴为确保电路安全,电路中的最大电流为0.6A,
此时灯泡两端的电压:
UL′=ImaxRL=0.6A×10Ω=6V,
滑动变阻器两端的电压:
U=U-UL′=9V-6V=3V,
滑动变阻器消耗的功率:
P=UImax=3V×0.6A=1.8W.
答:(1)灯泡L的电阻为10Ω;
(2)电源电压为9V;
(3)滑动变阻器的最大电阻为60Ω;
(4)当开关S2闭合,S1、S3断开,在确保电路安全的情况下,当电路消耗的功率最大时,滑动变阻器消耗的功率是1.8W.
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、电功率公式的灵活应用,关键是开关闭合、断开时电路串并联的辨别,要注意在确保电路安全的情况下电路最大电流的确定.
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