如图所示,电源电压U=8V,内阻r=4Ω,电灯A的电阻为10Ω,电灯B的电阻为8Ω,滑动变阻器的总电阻为6Ω。闭合开关S,当滑动触头P由a端向b端滑动的过程中(不考虑电灯电阻的变化),小科同学经分析得出以下四种判断:
①电流表示数先减小后增大
②电压表的示数先增大后减小
③电灯A的亮度不断减小
④电源的最大输出功率为4W
其中说法正确的是( )
A.①③ B.③④
C.②③④ D.②④
答案:A
解析:
由电路图可知,电灯A与aP部分的电阻并联、电灯B与Pb部分的电阻并联,然后它们并联,电流表测电路中的电流,电压表测电源外部两端的电压。
设aP部分的电阻为R,则Pb部分的电阻为
RAB﹣R,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和、并联部分的总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,
所以,电源外部的总电阻
当R=2Ω时,外部的总电阻最大,则
(1)滑片从a端到接入电路中的电阻为2Ω的过程中,电路的总电阻变大,电路中的电流变小,即电流表的示数变小,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,由U外=U﹣Ir可知,电源外部的电压变大,
因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,电灯B与Pb部分的总电压变大,
又因电灯B与Pb部分的总电阻变小,所以,该支路的电流变大,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,且串联电路中各处的电流相等,所以,电灯B与Pb部分的电流变小,
由UB=IBRB可知,灯泡B两端的电压变大,即电压表的示数变大,
因灯泡的亮暗取决于实际功率的大小,所以,由P=UI=I2R可知,电灯A的实际功率变小,其亮度变暗;
(2)滑片从接入电路中的电阻为2Ω到b端的过程中,电路的总电阻变小,电路的电流变大,即电流表的示数变大,
由U外=U﹣Ir可知,电源外部的电压变小,
由电灯A与aP部分的总电阻变大、其两端的电压变小可知,该支路的电流变小,
则电灯A的实际功率变小,其亮度变暗;
由电路的总电流变大、电灯A与aP部分支路电流变小可知,电灯B与Pb部分的电流变大,
由UB=IBRB可知,灯泡B两端的电压变大,即电压表的示数变大,
综上可知,当滑动触头P由a端向b端滑动的过程中,电流表示数先减小后增大,电压表的示数一直增大,电灯A的亮度不断减小,故①③正确、②错误;
(3)当R=0时
当R=6Ω时
所以,电路中外部的总电阻分别为
电路中的总电流
电源的输出功率
理论上,当R外=r=4Ω时电源的输出功率最大,则电源外部的电阻从Ω到6Ω的过程中,电源的输出功率变小,
所以,实际上R外=Ω时,电源的输出功率最大,即
故④错误。
故选:A。
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