Question

如圖所示電路中，電源電壓為9V且保持不變，小燈泡L的額定電流是0.3A且燈絲電阻保持不變，R₁是定值電阻，R₂是滑動變阻器．當開關S₁、S₂斷開，S₃閉合，滑動變阻器的滑片位于a點時（圖中沒有標出a、b、c三點的具體位置），小燈泡正常發(fā)光，R₁和R₂消耗的電功率分別是P_1a和P_2a；當開關S₁、S₂斷開，S₃閉合，滑動變阻器的滑片位于b點時，R₁和R₂消耗的電功率分別是P_1b和P_2b；當開關S₁、S₂閉合，S₃斷開，滑動變阻器的滑片位于c點時，R₁和R₂消耗的電功率分別是P_1c和P_2c，電路的總功率是10.8W．若P_1a：P_1b：P_1c=9：4：81，P_2b：P_2c=2：9．求：
（1）定值電阻R₁和小燈泡燈絲的阻值；
（2）滑片位于變阻器a、b和c點時接入電路的電阻值各多大；
（3）滑片位于變阻器c點時，電路在1h內所消耗的電能．

Answer 1

解：當開關S₁、S₂斷開，閉合S₃，滑動變阻器的滑片位于a點和b點時，等效電路如圖1、2所示；
當開關S₁、S₂閉合，S₃斷開，滑動變阻器的滑片位于c點時等效電路如圖3所示．

（1）R₁為定值電阻，由P=I²R可得：
P_1a：P_1b：P_1c=I_a²R₁：I_b²R₁：I_c²R₁=I_a²：I_b²：I_1c²=9：4：81，
解得：I_a：I_b：I_1c=3：2：9，
∵圖1中，小燈泡正常發(fā)光，
∴I_a=0.3A，則I_b===0.2A，I_1c===0.9A，
∵由圖3中并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等，
∴根據(jù)歐姆定律可得：
R₁===10Ω，
R₁消耗的電功率：
P_1c=UI_1c=9V×0.9A=8.1W，
∵由圖3和P_總=P₁+P₂，
∴P_2c=P_總-P_1c=10.8W-8.1W=2.7W，
∵P=，
∴R_c===30Ω，
∵P_2b：P_2c=2：9，
圖2中，P_2b===0.6W，
P=I²R，
∴R_b===15Ω，
電路中的總電阻：
R===45Ω，
∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴R_L=R-R₁-R_b=45Ω-10Ω-15Ω=20Ω；
（2）圖1中電路的總電阻：
R′===30Ω，
R_a=R′-R₁-R_L=30Ω-10Ω-20Ω=0Ω；
（3）滑片位于變阻器c點時，電路在1h內所消耗的電能：
W=Pt=10.8W×3600s=38880J．
答：（1）定值電阻R₁的阻值為10Ω，小燈泡燈絲的阻值為20Ω；
（2）滑片位于變阻器a、b和c點時接入電路的電阻值分別為0Ω、15Ω、30Ω；
（3）滑片位于變阻器c點時，電路在1h內所消耗的電能為38880J．
分析：先畫出三種情況的等效電路圖．
（1）根據(jù)P=I²R分別表示出三圖中定值電阻R₁消耗的電功率結合P_1a：P_1b：P_1c=9：4：81求出三圖中通過R₁的電流之比，圖1中燈泡正常發(fā)光說明電路中的電流為0.3A據(jù)此求出圖2和圖3中通過R₁的電流，圖3中根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點和歐姆定律求出R₁的阻值，根據(jù)P=UI求出R₁的電功率結合電路的總功率是10.8W求出R_c消耗的電功率，利用P=求出R_c的阻值，根據(jù)P_2b：P_2c=2：9求出圖2中R_b消耗的電功率，利用P=I²R求出R_b的阻值，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)特點求出燈泡的電阻；
（2）根據(jù)歐姆定律求出圖1中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出R_a的阻值，結合（1）即可得出滑片位于變阻器a、b和c點時接入電路的電阻值；
（3）根據(jù)W=Pt求出滑片位于變阻器c點時，電路在1h內所消耗的電能．
點評：本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點以及歐姆定律、電功率公式的靈活應用，關鍵是畫出三種情況的等效電路圖和知道燈泡正常發(fā)光時的電流和額的電流相等，難點是根據(jù)電阻R₁消耗的電功率之比得出通過R₁電流的比值．