小阳同学在实验室选用部分器材连接了如图所示的电路,其中电源电压为6伏并保持不变,灯泡L上标有“3V、0.3A”字样,滑动变阻器R2的阻值变化范围为0~20Ω,电流表选“0~0.6A”量程.检查连接正确后,闭合开关S,灯泡发光.
(1)遵循规范的实验操作,为配合答题解析,小阳认为需要画出此时的电路图,请你帮她将电路图画在方框内。
要求:①电路图必须包含实物图中所有元件(开关S闭合,可用导线代替)
②在图中标出该状态时可以确认并可供计算的已知条件。
③最终图形请用0.5毫米及以上的黑色签字笔描黑。
(2)请列式计算此时电流表的读数。
(3)要保证电路中各元件不损坏,请通过计算确定滑动变阻器可连入电路的阻值范围。
解析:
(1)由于是电路刚闭合开关时的情
景,故变阻器的电阻最大,小灯泡的额定电压和额定电流分别为3V和 0.3A;电源电压为6V,画出的电路图如下图所示;
(2)欲计算此时电流表的读数,由于电源电压已知,灯泡的电阻可由其标号求出,变阻器接入电路的电阻也已知,故由欧姆定律可求出电路中的电流来;具体
RL= | UL | = | 3V | =10Ω |
IL | 0.3A |
灯泡的电阻:
I= | U | = | 6V | =0.2A |
RL+R2 | 10Ω+20Ω |
电路中的电流,即电流表的示数:
(3)欲求滑动变阻器可连入电路的阻值范围,由电流表的量程和灯泡的标号可判断出电路中的最大电流为0.3A,故可求出此时电路中的总电阻,再让它减去灯泡的电阻就是变阻器接入电路的最小电阻;由于电路中没有电压表,故当变阻器的阻值增大时也不会对其他的电路元件造成危害,故变阻器接入电路的最大阻值就是变阻器的最大电阻。
为保持电路安全,电路的最大允许电流为0.3A,此时电路的总电阻
R总= | U | = | 6V | =20Ω |
I最大 | 0.3A |
滑动变阻器接入电路允许的最小电阻为:
R2最小=R总-RL=20Ω-10Ω=10Ω
故滑动变阻器允许接入电路的电阻范围是10Ω~20Ω
答案:
(1)如图所示
(2)0.2A
(3)10Ω~20Ω
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