Question

8．如圖所示，電阻R₁的阻值為20歐，滑動變阻器R₂標有“20Ω 1A”字樣，閉合電鍵S，將滑動變阻器的滑片P移至最左端，電流表的示數(shù)為0.3安，求：
①電源電壓；
②移動滑動變阻器的滑片P，當電流表示數(shù)為0.2安時，電阻R₁消耗的電功率P₁；
③現(xiàn)有三個定值電阻，阻值分別為4歐，6歐，12歐，設(shè)想從中選擇一個電阻來替換R₁，要求閉合電鍵S，在移動滑片p的過程中，兩電表指針分別能達到某量程的滿刻度，且電路能正常工作．則（a）應(yīng)選用6歐的電阻代替電阻R₁；（b）求滿足要求滑動變阻器R₂的取值范圍．

Answer 1

分析 ①滑動變阻器的滑片P移至最左端時，分析電路連接情況，根據(jù)U=IR求電源電壓；
②根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點，利用P=I2R解題；
③根據(jù)電源的電壓為6V可知電壓表的量程不可能為0～15V，只能選0～3V的量程；當滑動變阻器接入電路的電阻為0時，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$計算電路中的最大電流來確定電流表的量程；

解答 解：①滑片P移至最左端時，由圖可知，只有R1接入電路，因此電源電壓為：U=IR₁=0.3A×20Ω=6V；
②電流表示數(shù)為I=0.2安時，電阻R₁消耗的電功率：P₁=I²R₁=（0.2A）²×20Ω=0.8W；
③電源的電壓為6V可知電壓表的量程不可能為0～15V，只能選0～3V的量程；電流表也要能達到最大電流，若接4Ω電阻時，
電路中的最大電流I_最大=$\frac{U}{R'}$=$\frac{6V}{4Ω}$=1.5A＜3A； 
即電路中能達到的最大值只能為0.6A，故電流表量程只能選0～0.6A；
若取4Ω電阻代替R₁，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$，電路達到最大電流時，電路中的總電阻R_總=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω；
則滑動變阻器應(yīng)接入電阻R=10Ω-4Ω=6Ω；
則滑動變阻器兩端的電壓值U₁=I_大R=0.6A×6Ω=3.6V＞3V，故不能選4Ω的電阻來代替R₁．
若取12Ω電阻代替R₁，則達到最大電流時，總電阻R_總=10Ω＜12Ω，故不能選12Ω的電阻來代替R₁．
所以只能用6Ω電阻代替R₁，則達到最大電流時，總電阻R_總=10Ω，
滑動變阻器應(yīng)接入電阻R=10Ω-6Ω=4Ω；
則達到最大電壓時，電路中的電流為I_小=$\frac{U-U'}{{R}_{1}}$=$\frac{6V-3V}{6Ω}$=0.5A，
滑動變阻器接入電路的最大電阻R_大=$\frac{U'}{{I}_{小}}$=$\frac{3V}{0.5A}$=6Ω．
故滑動變阻器的接入范圍為4Ω～6Ω．
答：①電源電壓為6V；
②當電流表示數(shù)為0.2安時電阻R₁消耗的電功率為0.8W；
③6；滿足題目要求滑動變阻器R₂的使用范圍為4Ω～6Ω．

點評 對于電流表和電壓表在同一個電路中，使其中一個滿量程工作，要保證另一個的安全使用，不要顧此失彼，這是學生最容易出錯的地方．