问题 计算题

 如图所示电路中,电源电压不变,为两个定值电阻,但它们的电阻值标注已模糊不清。已知它们电阻的值可能是、15或20,且。在只闭合与只断开两种状态下,电流表的示数之比为4:25。在避免电源被短路的情况下,电路消耗电功率有四种可能的情况,其中消耗电功率的最大值是9W。求:(1)的电阻值;(2)电源电压;(3)只闭合开关时,电压表的示数及电路消耗的总电功率。(要求画出必要的等效电路图帮助分析)

答案

图略,(1)(2)U=6V(3),P=1.44W

分析:首先分析电路:当只闭合S2时,电阻R1、R2串联,电流表测量的是整个电路中的电流,电压表测量的是电阻R1两端的电压.

当只断开S2时,电阻R1、R2并联,电流表测量的是干路中的总电流,电压表测量的是电源电压电压.

(1)和(2)、设电源电压为U,R1和R2的电阻值为R1和R2

当只闭合S2时,利用串联电路电阻的特点,可以计算出电路中的总电阻,又知道电源电压,可利用公式I= 

列出一个电流的等式①;

当只断开S2时,知道R1和R2的电阻值,利用并联电路电阻的特点,可以计算出电路中的总电阻,又知道电源电压,可利用公式I= 列出一个电流的等式②;

又知道等式①和等式②之比为4:25,可以列出一个比值式③.

在避免电源被短路的情况下,电路的连接有四种情况,a、电路中只有电阻R1;b、电路中只有电阻R2;c、电路中电阻R1和R2串联,此时电路中的电阻最大;电路中电阻R1和R2并联,此时电路中的电阻最小.

知道电路消耗电功率的最大值是9W,可利用公式P=列出一个电功率的等式④;

此时电路中的电流为电阻R1、R2并联时,干路中的总电流,可利用公式I=列出一个电流的等式⑤;又知道等式①和等式⑤之比为4:25,可以列出一个比值式⑥.

③和④和⑥组成方程组,便可以计算出电阻R1和R2的电阻值和电源电压.

(3)只闭合开关S2时,知道电阻R1和R2的电阻值和电源电压,可利用公式I=计算出电路中的电流,再利用公式P=UI计算出电路消耗的总电功率.

解答:解:当只闭合S2时,电阻R1、R2串联,电流表测量的是整个电路中的电流,电压表测量的是电阻R1两端的电压.当只断开S2时,电阻R1、R2并联,电流表测量的是干路中的总电流,电压表测量的是电源电压电压.(1)和(3)、设电源电压为U,R1和R2的电阻值为R1和R2

当只闭合S2时,电路中的总电阻为:R=R1+R2,∴电路中的电流为:I=①;

当只断开S2时,电路中的总电阻为:R=

∴电路中的电流为:I=②;

从题可知,①②两式之比为③;

∵电路中电阻R1和R2并联,此时电路中的电阻最小,电功率最大,

而P=9W,∴P==9W④.

此时电路中的电流为电阻R1、R2并联时,干路中的总电流为I=⑤,

从题可知,①⑤两式之比为⑥;

③④⑥组成方程组:解得: ,U=6V,

(3)、只闭合开关S2时,两电阻串联,电路中的电流,电压表测R1两端电压,所以其示数为,电路消耗的总功率为

点评:本题的关键:一是利用P=找到最大和最小功率,并求出总电阻,以确定三个电阻可能的值;二是分析电路的四种可能消耗情况,判出R2的电阻值.

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