问题 问答题

如图所示的电路中,电源两端电压不变,灯的电阻不变.当开关S1闭合,S2断开,滑动变阻器的滑片P移到B端时,R1的电功率为P1,电流表示数为I1;当开关S1断开,S2闭合时,R1的电功率为 P1′,电流表示数为I2,此时灯L正常发光.已知P1:P1′=9:25.当开关S1、S2 都断开,滑动变阻器的滑片P在C点时,变阻器接入电路的电阻为RC,电压表V1的示数为U1,电压表V2的示数为U2,已知U1:U2=3:2,RC的电功率为9W,电路消耗的总功率为P.此电路通过断开、闭合开关以及移动滑动变阻器的滑片P,形成的不同电路所消耗的最大电功率与最小电功率之比为3:1.求:

(1)电流表I1与I2的比值;

(2)灯的电阻与滑动变阻器最大阻值之比;

(3)总功率为P

(4)灯L的额定功率PL0

(请画出相关电路状态的等效电路图)

答案

相关电路状态的等效电路图如所示:

(1)由题可知,P1=I12R1,P1′=I22R1,因为,P1:P1′=9:25,所以,I1:I2=3:5;

(2)当开关S1闭合,S2断开,滑动变阻器的滑片P移到B端时,灯泡短路,R1和滑动变阻器串联,如图1所示,

当开关S1断开,S2闭合时,滑动变阻器短路,R1和灯泡串联.如图2所示,由I1:I2=3:5,

可得,

R1+R3
R1+RL
=
5
3
…①;

当开关S1、S2 都断开,滑动变阻器的滑片P在B点时,R1、RL、R3串联,如图4所示,电路中电阻最大,功率最小;

P最小=

U2
R1+RL+R3 

当开关S1、S2 都闭合时,滑动变阻器和灯泡短路,电路中电阻是R1电阻最小,如图5所示,功率最大.

P最大=

U2
R1
,因为,最大电功率与最小电功率之比为3:1,

所以,

R1+RL+R3
R1
=
3
1
…②,

由①②得,

RL
R3
=
1
3
,R1=2RL

(3)当开关S1、S2 都断开,滑动变阻器的滑片P在C点时,如图3所示,U1:U2=3:2,

所以,得

R1+RL
RL+RC
=
3
2
…③将R1=2RL代入③式,可得RL=RC

又PC=(

U
R1+RL+RC
)2×RC=9W.

P=

U2
R1+RL+RC
,将
RL
R3
=
1
3
,R1=2RL,RL=RC代入两式整理得,P=36W.

(4)当开关S1断开,S2闭合时,滑动变阻器短路,R1和灯泡串联.如图2所示,灯泡正常发光,

PL=(

U
R1+RL
)2×RL

又PC=(

U
R1+RL+RC
)2×RC=9W.将R1=2RL,RL=RC代入以上两式整理得,PL=16W.

答:(1)电流表I1与I2的比值是3:5;

(2)灯的电阻与滑动变阻器最大阻值之比是1:3;

(3)总功率为P是36W;

(4)灯L的额定功率是16W.

单项选择题
多项选择题