某同学利用图a所示的电路研究“外电路电阻变化与外电路消耗功率的关系”。电压表与电流表可视为理想电表。当滑动变阻器的阻值改变时,电压表与电流表示数也会随之改变。
(1)某同学在实验中测出了6组数据,如下表所示,请在图b中的坐标纸上画出电压随电流变化的U-I图线。
I(A) | 0.80 | 1.20 | 1.60 | 2.00 | 2.40 | 2.80 |
U(V) | 2.60 | 2.40 | 2.20 | 2.00 | 1.80 | 1.60 |
(2)根据实验得到的U-I图像,可知滑动变阻器在电路中消耗的最大功率是________W。此时变阻器的电阻为________Ω。
(3)现有两个小灯泡L1、L2,它们分别标有“4V、3W”、“3V、3W”的字样,两个电阻箱,一个电键,与图a中相同的电源多个(只能串联使用,已知:串联电源的电动势是每个电源电动势之和,串联电源的内电阻是每个电源内电阻之和)。请设计一个电路,使两灯泡同时正常工作,且电路总功率最小,请在方框内画出电路图,并在图中标出两电阻箱应取的阻值。
(1)如图b
(2)4.5 W;0.5 Ω。
(3)
解:(1)根据表格中的数据画出外电路电阻的伏安特性曲线图如下所示。
(2)根据实验得到的U-I图像,当外电阻流过的电流为时,其两端电压为
,可知滑动变阻器在电路中消耗的最大功率是
,
此时电阻为;
(3)根据题意,两灯泡同时正常工作,且电路总功率最小的电路图如下所示,
两个小灯泡L1、L2,它们分别标有“4V、3W”、“3V、3W”的字样。若要使两灯泡同时正常工作,此时灯L1流过的电流,灯L2流过的电流
,根据串并联电路电压知识可知灯泡L1、L2 应选择串联,电路电流
,但是又要保证电路总功率最小,则灯
应和一个电阻箱并联,让电阻箱
分担灯
的多余电流
,而此时电路路端电压为7.0V,根据上面分析一个电源的电动势为3.0V,因此应串联3个这样的电源,所以本题电源电动势为
,内阻为
,电源内阻r两端的电压为
,
所以还需要串联一个电阻箱分担剩下的电压
,综上分析可得:
电阻箱的电阻为
,
电阻箱的电阻
,