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)
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串=R1+R2,∴电路中的电流为:I串=①;
当只断开S2时,电路中的总电阻为:R并=,
∴电路中的电流为:I并=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并=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.