问题 计算题

如图所示电路,电源两端电压一定。当开关S断开,滑动变阻器接入电路的电阻

为Ra时,通过电阻Ra的电流为I1,电阻R1和电阻R2消耗的功率之和P1=10W,电压表V1、V2的示数之比U1∶U2=5∶4;当开关S闭合,滑动变阻器接入电路的电阻为Rb时,通过电阻Rb的电流为I2,滑动变阻器消耗的功率Pb=5W,电压表V2的示数为,且=U1。求:

(1)电流I1和I2的比值;

(2)电阻Ra和Rb的比值;

(3)开关S闭合,滑动变阻器接入电路的电阻为Ra时消耗的功率Pa

答案

题目分析:通过对电路图的观察,结合题意,可分别画出当开关断开和闭合时电路的等效电路图,再根据功率的公式、欧姆定律等可求出电流之比.再结合串联电路的分压原理等,求出滑动变阻器的阻值Ra和Rb之比.求滑动变阻器消耗的功率,同样要画出等效电路图,再根据电流之比进行求解.

(1)开关S断开,滑动变阻器接入电路的电阻为Ra时,等效电路如答图甲所示。

开关S闭合,滑动变阻器接入电路的电阻为Rb时,等效电路如答图乙所示

由甲图  P1=U1I1=10W

由乙图  Pb=U2′I2=5W

由于 =U1

解得 I1∶I2=2∶1                      

(2)U1∶U2=5∶4

由串联电路电压关系有 ,则5Ra=4R1-R­2

,得2Ra= Rb-R1-2R­2

,得Rb= 2R1+2R­2

解得R1="2" Ra,R2="3" Ra,Rb="10" Ra

则Ra∶Rb=1∶10                   

(3)开关S闭合,滑动变阻器接入电路的电阻为Ra时,等效电路如图所示。

      解得Pa=8W   

点评:根据电路的不同变化画出等效电路图,是解决本题的有效途径之一,这是我们在平时的解题当中应该加强的.同时,本题多为对比值的求解,要求我们对电路的分析、公式的运用都要相当熟练,而且一定要保证各个物理量的对应性,是一道很有挑战性的题目.

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