Question

如圖所示電路，電源電壓保持不變，小燈泡L標(biāo)有“6V　0.3A”字樣，且燈絲電阻不隨溫度變化，定值電阻R₁的阻值為10Ω，滑動(dòng)變阻器R₂的滑片P在使用前位于最右端．當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都閉合，調(diào)節(jié)滑片P的位置至a點(diǎn)時(shí)，小燈泡的功率為P_L，電壓表的示數(shù)為U_a，滑動(dòng)變阻器的功率為P₂；當(dāng)開關(guān)S₁閉合，S₂斷開時(shí)，調(diào)節(jié)滑片P的位置至b點(diǎn)時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，電壓表的示數(shù)為U_b，滑動(dòng)變阻器的功率為P₂′．（圖中未標(biāo)明a、b點(diǎn)的位置）已知：P₂：P₂′=25：18，P_L比小燈泡的額定功率小0.55W．
求：電流表、電壓表兩次的示數(shù)和電源電壓．

Answer 1

解：當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都閉合，調(diào)節(jié)滑片P的位置至a點(diǎn)時(shí)，等效電路圖如圖1所示，簡稱為a狀態(tài)；
當(dāng)開關(guān)S₁閉合，S₂斷開時(shí)，調(diào)節(jié)滑片P的位置至b點(diǎn)時(shí)，如圖2所示，簡稱為b狀態(tài)．

∵燈泡的標(biāo)識(shí)為“6V 0.3A”，I=
∴燈泡燈絲電阻R_L===20Ω，
由b狀態(tài)時(shí)燈泡L正常發(fā)光可知，I_b等于燈泡的額定電流，即電流表示數(shù)為I_b=0.3A，
燈的額定功率：P_Le=U_L?I_L=6V×0.3A=1.8W，
由已知可以得到：P_L=P_Le-0.55W=1.8W-0.55W=1.25W，
燈絲電阻不變，根據(jù)電功率公式P=I²R可得：
I_a²===（0.25A）²
所以A狀態(tài)電流表示數(shù)為：I_a=0.25A；
由電功率公式，P=I²R，P₂=I_a²?R_a，P₂′=I_b²?R_b
由題意可得：
==25：18
解之：R_a=2R_b
根據(jù)電源電壓不變及歐姆定律可得：
I_a?（Ra+R_L）=I_b?（R_b+R₁+R_L），
（0.25A）×（2R_b+20Ω）=（0.3A）×（R_b+10Ω+20Ω）
解得：R_b=20Ω，Ra=40Ω，
電源電壓U=I_a?（R_a+R_L）=0.25A×（40Ω+20Ω）=15V；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓關(guān)系得到：
a狀態(tài)電壓表示數(shù)：Ua=U-Ia?R_L=15V-0.25A×20Ω=10V；
b狀態(tài)電壓表示數(shù)：U_b=U-I_b?R_L=15V-0.3A×20Ω=9V．
答：電流表、電壓表兩次的示數(shù)分別為：0.25A和0.3A，10V和9V；電源電壓為15V．
分析：1、分別畫出兩種情況下的等效電路圖；
2、根據(jù)燈泡的額定電壓與額定功率，由功率公式求出燈泡的電阻，根據(jù)電阻不變和功率之間的關(guān)系求出電流表的示數(shù)I_a；
3、根據(jù)P₂、P₂′之比求出R_a與R_b之間的關(guān)系；
4、根據(jù)電源電壓不變及歐姆定律求出R_a與R_b的值，并求出電源電壓以及兩種情況下電壓表的示數(shù)．
點(diǎn)評(píng)：此題是有關(guān)歐姆定律、電功率的綜合計(jì)算題目．在解題過程中，注意電路的分析，根據(jù)已知條件分析出各種情況下的等效電路圖，同時(shí)要注意在串聯(lián)電路中各物理量之間的關(guān)系，結(jié)合題目中給出的已知條件進(jìn)行解決．