小明利用如图所示的电路“探究串、并联电路中电流的关系"。
(1)探究串联电路中电流的关系。
①用笔画线代替导线将开关S3连入电路中。(要求:只闭合开火S3后,R1、R2以及电流表串联;导线不许交叉) ②小明将S3闭合后,发现电流表均无示数。于是他用一只电压表对电路故障(电路中只有一处故障)进行了检测,将电压表接在R1两端时,电压表与电流表均无示数;接在R2两端时,电压表有示数,电流表无示数。电路中的故障是_________________。小明排除故障后继续实验,读出了电路中各电流表的示数,得到了串联电路中电流的关系是:串联电路中各处电流相等。
(2)完成上述实验后,小明继续探究并联电路中电流的关系。 ①各开关的连接情况是_________________(填写各开关断开或闭合)。 ②分析实验中各电流表的读数(如图所示),可知并联电路中电流的关系是:________________________. ③电阻R1:R2=___________.
(3)为了验证结论的普遍性,你可以采用的方法是:____________________.
【拓展】在电源电压不变的情况F,小明两次实验中电路消耗的最大功率与最小功率之比P最大:P最小=_____________.
解析:
(1)
①按以下图示连接,S3闭合、S1、S2断开时,R1、R2及三电流表串联。满足题中要求。
②在保持以上串联关系的条件下,电流表的示数为零表明电流出现断路性故障。而电压表并联在R2两端时,电压表有示数,则表示电压表二接极柱到电源正负极间的电路是通的。故断路点在R2.
(2)
①此时S1、S2闭合,S3断开,电流表A1测量干路电流;A2和A3分别测量R1和R2中的电流。故可探究干路电流与各支路电流的关系。
②分别读出A1、A2和A3电流表示数为:2.4A、1.6A和0.8A。可见干路电流等于二支路电流之和。
③并联电路各支路两端的电压相等,设为U,则其电阻大小之比为:
R1:R2= | U | × | I2 | = | 0.8A | =1:2 |
I1 | U | 1.6A |
(3)根据归纳法实验要求,为了验证其普遍性,应改变电阻的大小或电源电压,多进行几次实验。
【拓展】
两次实验中,并联时,电路消耗的功率最大。显然电阻R2=2R1.电阻消耗的总功率为:
P最大= | U2 | = | 2R1 | U2 | ……(I) |
R并总 | 3 |
而当两电阻串联时,电路消耗的总功率最小。其总功率是:
P最小= | U2 | = | U2 | ……(II) | |
R串总 | 3R1 |
(I)/(II)得
P最大:P最小=2:1
答案:
(1)
①如图所示
②R2断路
(2)
①S1、S2闭合,S3断开
②干路电流等于各支路电流之和
③1:2
【拓展】2:1
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