Question

如圖所示電路中，電源電壓不變，R₁=20Ω，滑動(dòng)變阻器R₂的最大值為60Ω，小燈泡L的額定電壓為5V，電流表的量程（0～0.6A或0～3A）．只閉合S₂時(shí)，電流表的示數(shù)為0.4A；只閉合S₃，且變阻器的滑片P在正中點(diǎn)時(shí)，電流表的示數(shù)為0.3A．（不考慮溫度對(duì)燈絲的影響）
求：
（1）電源電壓和燈絲電阻．
（2）只閉合S₃時(shí)，要使小燈泡L正常發(fā)光，變阻器R₂連入電路的阻值．
（3）閉合S₁、S₂、S₃，為保證不損壞電流表，變阻器R₂的阻值可調(diào)范圍和電流表的變化范圍．

Answer 1

解：（1）只閉合S₂時(shí)，R₁與燈泡L串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，
∵串聯(lián)電路中的總電阻等于各分電阻之和，
∴根據(jù)歐姆定律可得，電源的電壓：
U=I₁（R₁+R_L）=0.4A×（20Ω+R_L），
只閉合S₃，且變阻器的滑片P在正中點(diǎn)時(shí)，燈泡L與滑動(dòng)變阻器最大阻值的一半串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，
電源的電壓：
U=I₂（+R_L）=0.3A×（+R_L），
∵電源的電壓不變
∴0.4A×（20Ω+R_L）=0.3A×（+R_L），
解得：R_L=10Ω，
電源的電壓U=0.4A×（20Ω+R_L）=0.4A×（20Ω+10Ω）=12V；
（2）只閉合S₃時(shí)，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為5V，
∵串聯(lián)電路中各處的電路相等，
∴電路中的電流I_L===0.5A，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U₂=U-U_L=12V-5V=7V，
滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻：
R₂′===14Ω；
（3）閉合S₁、S₂、S₃時(shí)，R₁與R₂并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，
當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻R₂=60Ω時(shí)電流表的示數(shù)最小，
∵并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，且干路電流等于各支路電流之和，
∴電流表的最小示數(shù)：
I_min=+=+=0.6A+0.2A=0.8A，
當(dāng)電流表選接0～3A，且示數(shù)為3A時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小，
此時(shí)通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流：
I₂′=I_max-I₁=3A-0.6A=2.4A，
滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小阻值：
R₂″===5Ω，
即R₂取值范圍為5Ω～60Ω，電流表的示數(shù)范圍為3A～0.8A．
答：（1）電源電壓為12V，燈絲電阻為10Ω；
（2）只閉合S₃時(shí)，要使小燈泡L正常發(fā)光，變阻器R₂連入電路的阻值為14Ω；
（3）閉合S₁、S₂、S₃，為保證不損壞電流表，R₂取值范圍為5Ω～60Ω，電流表的示數(shù)范圍為3A～0.8A．
分析：（1）只閉合S₂時(shí)，R₁與燈泡L串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出電源的電壓；只閉合S₃，且變阻器的滑片P在正中點(diǎn)時(shí)，燈泡L與滑動(dòng)變阻器最大阻值的一半串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，再根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出電源的電壓，利用電源的電壓不變建立等式即可求出電源的電壓和燈絲電阻；
（2）只閉合S₃時(shí)，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出電路中的電流，利用串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出變阻器R₂連入電路的阻值；
（3）閉合S₁、S₂、S₃時(shí)，R₁與R₂并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大時(shí)電流表的示數(shù)最小，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律求出其大�。划�(dāng)電流表的示數(shù)最大為3V時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流，利用歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最小值即可得出答案．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了串聯(lián)電路特點(diǎn)和并聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是開(kāi)掛閉合、斷開(kāi)時(shí)電路連接方式的辨別和知道燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓與額定電壓相等，要注意滑動(dòng)變阻器變化時(shí)和電流表示數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系．