某科技小组的同学们设计制作了一个多挡位电热器模型,为了分析接入电路的电阻对电热器电功率的影响,他们将电表接入电路中,如图所示.当只闭合开关S1时,电压表和电流表的示数分别为U1和I1,电阻R3消耗的电功率为P3;当只闭合开关S2时,电压表和电流表的示数分别为U2和I2,电阻R3消耗的电功率为P3′,并测得此时R2消耗的电功率为l.6W,已知U2=2U1,P3=4P3′.电源电压、电阻保持不变.
(1)求电阻R1与R2的比值;
(2)通过拨动开关,可以使电路消耗的电功率最大,请计算电路消耗的最大电功率.
(1)只闭合S1时,R1和R2串联,等效电路图如图1所示;只闭合S2时,R2和R3串联,等效电路图如图2所示.
∵P=I2R,且P3:P3′=4:1,
∴==()2=,
解得:=,
∵I=,且U1:U2=1:2,
∴==×=×=,
解得:=;
(2)∵电源的电压不变,
∴===,
解得:R3=2R1,R2=2R3,
图2中:I2===,
P2=I22R2=()2×R2=×=1.6W,
即=3.6W,
当S1、S2、S3都闭合时,R1和R2并联,此时R总最小,电路的总功率最大.
∵并联电路中各支路两端的电压相等,
∴电路消耗的最大功率:
P=P1+P2′=+=+=5×=5×3.6W=18W.
答:(1)电阻R1与电阻R2的比值为1:4;
(2)电路消耗总功率最大,最大为18W.