如图所示,用电动势E=6V,内阻不计的蓄电池通过滑动变阻器组成分压电路,向电阻R0=20Ω,额定电压U0=4.5V的灯泡供电,试问:
(1)当电池组对灯泡的供电效率(即电灯功率与电源总功率之比)η0=60%时,变阻器R的阻值和应承受的最大电流是多少?
(2)采用图中电源和变阻器对处于额定电压的灯泡供电时,最大效率是多少?
(1)由题意,灯泡正常发光,U0=4.5V,电源的内阻不计,则R1的电压为U1=E-U0=6V-4.5V=1.5V
根据串联并联电路的特点,得:
=U1 U0 R1 R2R0 R2+R0
代入数据得:
=1.5 4.5
…①R1(R2+20) 20R2
根据效率为η=60%得:η=U 20 R0
+U 20 R0
+U 20 R2 U 21 R1
代入得:60%=
…②4.52 20
+4.52 20
+4.52 R2 1.52 R1
联立①②得:R1=5
Ω,R2=80Ω1 3
则得:R=R1+R2=85
Ω1 3
当所以变阻器的总电阻:R=85
Ω≈85.3Ω,1 3
它应承受的电流是:I=
=U1 R1
A=0.281A1.5 16 3
(2)当R2的阻值越大,并联部分分担的电压越大,电源的效率越大,则当R2→∞时,即R2断路时,系统有最大可能的效率ηmax
故最大效率ηmax=
×100%=U0I EI
×100%=U0 E
×100%=75%.4.5 6
答:
(1)当电池组对灯泡的供电效率(即电灯功率与电源总功率之比)η0=60%时,变阻器R的阻值为85.3Ω,应承受的最大电流是0.281A.
(2)采用图中电源和变阻器对处于额定电压的灯泡供电时,最大效率是75%.