问题 问答题

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.

答案

(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,

P3
P′3
=
I21R3
I22R3
=(
I1
I2
2=
4
1

解得:

I1
I2
=
2
1

∵I=

U
R
,且U1:U2=1:2,

U1
U2
=
I1R1
I2R2
=
I1
I2
×
R1
R2
=
2
1
×
R1
R2
=
1
2

解得:

R1
R2
=
1
4

(2)∵电源的电压不变,

I1
I2
=
R2+R3
R1+R3
=
4R1+R3
R1+R3
=
2
1

解得:R3=2R1,R2=2R3

图2中:I2=

U
R2+R3
=
U
R2+
1
2
R2
=
2U
3R2

P2=I22R2=(

2U
3R2
2×R2=
4
9
×
U2
R2
=1.6W,

U2
R2
=3.6W,

当S1、S2、S3都闭合时,R1和R2并联,此时R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′=

U2
R1
+
U2
R2
=
U2
1
4
R2
+
U2
R2
=5×
U2
R2
=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.

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