综合复习(8)电功和电功率 生活用电(2)

2018-11-21 23:23

根据上述关系及题目要求的条件,有

可得到有关R1、R2、RL的方程 2(R2+RL)=R1+RL,RL+2R2=R1 R1=4R2

解得 R1=24欧、R2=6欧

滑动变阻器的总电阻应大于其中的任意一个电阻,总电阻最小应为24欧。 说明:

解题时要清楚题意和各物理量之间的关系,可以将滑动变阻器滑动片改变看电路变化(分别连入不同的电阻),确定在每一种情况下的关系式。再根据题意,建立滑动片位于不同位置时物理量的关系式。 此类问题,列联立方程组解较为简单。

[例5] 下图所示电路,电源电压不变,电灯L的电阻不变,电键S闭合。已知:滑动变阻器的滑片P在中点c和端点b时,电压表的示数之比为

。求:

(1)电灯L的电阻与滑动变阻器ab间的总电阻的比值等于多少? (2)滑片P在c和b时,电灯L的电功率之比等于多少? 分析:

电灯L与滑动变阻器为串联关系。电压表与滑动变阻器并联,测量滑动变阻器两端电压。当滑动片P移动时,电路的总电阻发生变化,电路中的电流变化,滑动变阻器两端电压变化,电灯的电功率也变化。

解答:

滑动片位于滑动变阻器的中点c。设滑动变阻器ab间的总电阻为R,电灯的电阻为RL,电源电压为U,则电路的电阻为

滑动片位于滑动变阻器的端点b。电路的总电阻为R2=R+RL,电流

说明:

解题时注意,移动滑动片位置时,电路的结构发生了变化,相当于改变了与电灯L串联的电阻阻值。我们可以认为滑动片位于c、b点各为一种情况,分别用I、U、R、P表示它们的电流、电压、电阻和电功率,得到用字母表示的结果。还要根据题意,按照已知二次电路间的物理量关系(本题为Uac∶Uab=3∶4),进一步确定待求量之间的关系。

由于题目只给出了比例关系,未给出具体数值的大小,所以本题只能求出比值、比例,无法得到物理量的数值。

[例6] 如下图所示电路,电源电压为20伏并保持不变。当电压表示数为10伏时,滑动变阻器R上消耗的电功率为10瓦;移动滑动变阻器的滑片P,使电压表的示数为5伏,那么这时滑动变阻器R上消耗的电功率又将是多大?(设灯丝电阻不变)

分析:

电路中电灯与滑动变阻器串联,电压表并联在电灯的两端,其示数表示电灯两端的电压值。串联电路的特点是I=I1=I2,U=U1+U2。

解答:

设电灯的电阻为RL,滑动变阻器开始时的电阻为R1,移动滑动片后的电阻变为R2。

移动滑动片前,滑动变阻器两端电压为UP=U-UL=20伏-10伏=10伏。通过滑动变阻器的电流为

通过灯泡的电流也是1安,灯泡的电阻为

移动滑动片后,滑动变阻器两端的电压变为UP'=U-U2'=20伏-5伏=15伏。

滑动变阻器消耗的电功率为PP'=IL'·UP'=0.5安×15伏=7.5瓦 说明:

注意抓住问题中的不变量,本题中的电源电压、灯泡电阻不变。通过不变量的关系确定变化量的关系。如本题电灯电阻RL不变,当它两端的

[例7] 在下图所示的电路中,电源电压保持不变,当S断开时,电流表读数为2安培,这时电阻R1上消耗的电功率为12瓦特,当S闭合后,电流表读数为3安培,求:

(1)电阻R1、R2的阻值;

(2)当S闭合后,电阻R2在5分钟内产生的热量是多少? 分析:

电路中的电流表测量干路电流,开关S改变电路结构。开关断开时,电路中仅有电阻R1;开关闭合时,电阻R2接入电路,与R1为并联关系。

解答: 解法一:

(1)当S断开时,电路中只有电阻R1,电流表的示数为通过

的电流,由

的电功率

可知,

当S闭合后,R2与R1并联,电阻两端电压不变,流过R1的电流仍为2安。流过R2的电流为I2=I-I1=3安-2安=1安。

(2)开关S闭合后,电阻R2在5分钟内产生的热量为

Q=(1安)2×6欧×300秒=1800焦

解法二:S断开时,R1两端电压U1、通过R1的电流I1、R1的电功率P1关系为P1=I1·U1,得到

闭合S后,R2与R1并联,电压U2=U1,电流I2=I-I1=3安-2安=1安,电阻

(2)开关S闭合后,电阻R2在5分钟内产生的热量为

说明:

本题运用并联电路特点、欧姆定律、焦耳定律等电学规律解题,注意分析电路结构,判断开关通、断所带来的影响。

[例8] 现有电阻R、开关S,标有“12V 2W”字样的灯泡L和滑动变阻器按下图所示连接在电压为16伏特且稳定不变的电源上。

(1)闭合开关S,当滑片P移到M端时,灯泡很亮(但灯丝没有烧断)求灯泡的实际功率;

(2)断开开关S,把滑片P移到N端时,电灯L正常发光,求滑动变阻器的最大阻值?

分析:

当开关S断开时,滑动变阻器与灯L串联;当开关S闭合时,电阻R与灯并联。当滑动片P位于M时,滑动变阻器连入电路部分没有电阻;当滑动片P位于N时,滑动变阻器的线圈全部连入电路。电源电压U=16伏不变。

解答:

电灯泡上标有“12V 2W”字样,表示这个灯泡P额=2瓦、U额=12

(1)闭合开关S,滑片P位于M时,电路电阻R1=RL=72欧

(2)开关打开,滑动变阻器接入电路的电阻RN就是它的最大电阻,此时灯泡正常发光,表明它两端电压为U额=12伏。

电灯泡RL与滑动变阻器串联,原来与灯并联的电阻因开关S打开而不起作用。电路总电阻为RN+RL,灯泡两端电压UL=U额为

代入U额=12伏,RL=72欧,U=16伏可求得

说明:

遇到开关的通断、滑动变阻器的移动改变电路时,必须认真分析其影响。当开关断开时,与它串联的电路为断路,在电路中不起作用。当滑动变阻器滑动片移动时,它连入电路的电阻会改变,其值从零至最大电阻。要通过滑动片位置和变阻器的连接方式,判断变阻器被连入电路的电阻变化情况。

[例9] 如下图所示,电源电压U=15伏特且保持不变,R1=5欧姆,R2是0~30欧姆的滑动变阻器,R3是标有“15V 9W”的电热器。

(1)当R3正常工作时,电流表的示数为0.6安培,此时开关S2是闭合的还是断开的?电压表的示数是多大?

(2)当开关S1、S2都断开,电流表的示数是多大?通电10分钟,电热器R3放出的热量是多少?

(3)闭合开关S1、S2,移动R2的滑片P,那么,电流表的最小示数为多大?此时,整个电路消耗的电功率为多少?

分析:

电路中开关S1与电流表串联、开关S2与滑动变阻器串联。这个电路的连接比较复杂。需要根据S1、S2的通断做具体分析。

解答:

(1)R3正常工作,表示其两端电压为额定电压15伏,由于电源电压为15伏,所以S1是闭合的。此时R1被短路不起作用。可画出这时候的简化电路图。

根据该图可知,电流表测量干路电流,电压表测量R3两端的电压。


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