如图所示的电路中,灯泡L上标有“12V 9W”字样,滑动变阻器的最大阻值为R1,电源电压保持不变。当开关S1、S2、S3都闭合时,灯泡L正常发光,两电流表指针位置相同;当开关S1、S2断开,S3闭合时,改变滑片P的位置,使滑动变阻器连入电路的阻值分别为R1和R1/4,在这两种情况下,滑动变阻器消耗的功率相等。(灯泡电阻不随温度的变化而改变)求:
(1)电源电压;
(2)R2的阻值;
(3)电路在何种状态下消耗的功率最小,最小功率是多少?
(1)电源电压为12V;(2)R2的阻值为64Ω;(3)当开关S1、S3断开,S2闭合,滑动变阻器接入电路的电阻最大时电路消耗的功率最小,最小功率是1.5W.
题目分析:(1)当开关S1、S2、S3都闭合时,R1被短接,R2与灯泡并联接在电源两端,电流表A1测R2支路的电流,电流表A测干路电流.因为并联电路中各支路两端的电压相等,且灯泡正常发光时两端的电压和额定电压相等,所以电源的电压U=UL=12V;
(2)灯泡正常发光时的电流:,灯泡的电阻:
,因为两电流表指针位置相同,且大量程的示数是小量程示数的5倍,所以干路电流I=5I2,又并联电路中总电流等于各分电流之和,所以I=5I2=I2+IL,解得:I2=
IL=
×0.75A=0.1875A,R2的阻值:
;
(3)当开关S1、S2断开,S3闭合时,滑动变阻器与灯泡串联接在电源两端,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以滑动变阻器连入电路的阻值分别为R1、R1时电路中的电流:
,
,因为
,且在这两种情况下滑动变阻器消耗的功率相等,所以
,即
,解得:R1=32Ω,当开关S1、S3断开,S2闭合,滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的总电阻最大,电路消耗的总功率最小,最小总功率为:
.故答案为:(1)电源电压为12V;(2)R2的阻值为64Ω;(3)当开关S1、S3断开,S2闭合,滑动变阻器接入电路的电阻最大时电路消耗的功率最小,最小功率是1.5W.