如下图所示,电源两端电压不变,当闭合开关S 、S1 和S3 ,断开开关S2 ,滑动变阻器的滑片P 滑至某一位置时,电压表的示数为U1 ,电阻R1 的电功率P1=8W ,电流表的示数为I1 :当闭合开关S 和S2 ,断开开关S1 和S3 ,滑片P 滑至另一位置时,电压表的示数为U2 ,电阻R1 与滑动变阻器的总功率P2=3.5W ,电流表的示数为I2;当闭合开关S ,断开开关S1 ,S2 和S3 ,滑片P 滑向B 端时,电阻R2 的电功率为P3 ,电流表的示数为I3 。
已知: | R1 | = | 1 | , | U1 | = | 4 |
R2 | 5 | U2 | 7 |
求:
(1 )电流I1 与I2 之比;
(2 )电功率P3。
解析:当闭合开关S 、S1 和S3 ,断开开关S2 ,滑动变阻器的滑片P 滑至某一位置时,原电路的等效电路如下图甲所示,电路为R1与滑动变阻器接入电路的电阻RA组成的串联电路。电压表测量的是R1两端的电压U1;而当闭合开关S 和S2 ,断开开关S1 和S3 ,滑片P 滑至另一位置时,原电路的等效电路如图乙所示,此电压表测量的是R1和RB(滑动变阻器接入电路的电阻)两端的总电压U2;当闭合开关S ,断开开关S1 ,S2 和S3 ,滑片P 滑向B 端时,原电路的等效电路如图丙所示。
(1)由图甲和图乙可得:
P1=U1I1;P2=U2I2,所以
P1 | ||||||||||||
I1 | = | U1 | = | P1 | × | U2 | = | 8W | × | 7 | = | 4 |
I2 | P2 | P2 | U1 | 3.5W | 4 | 1 | ||||||
U2 |
(2)由图甲、图乙可知:
U1=I1R1;U2=I2(R1+RB),所以
U1 | = | I1R1 | = | I1 | × | R1 | = | 4 | × | R1 | = | 4 |
U2 | I2(R1+RB) | I2 | R1+RB | 1 | R1+RB | 7 |
解析最后一个等号形成的方程可得:
RB=6R1…………①
再从图甲、图乙中分析可见:
U=I1(R1+RA);U=I2(R1+RB+R2),故
I1(R1+RA)= I2(R1+RB+R2) 即
I1 | = | R1+RB+R2 | = | 4 |
I2 | R1+RA | 1 |
将①式及题中R1与R2的关系代入上式得:
12R1 | = | 4 |
R1+RA | 1 |
RA=2R1…………②
由图甲和图丙所示的等效电路可知:
U=I1(R1+RA);U=I3(R1+R2),故
I1(R1+RA)=I3(R1+R2),同时考虑②式及题R1与R2的大小关系得:
I1 | = | R1+R2 | = | R1+5R1 | = | 2 |
I3 | R1+RA | R1+2R1 | 1 |
故,在图丙中,R2消耗的电功率为:
P3=I32R2=( | 1 | I1)2×5R1= | 5 | I12R1= | 5 | P1= | 5 | ×8W=10W |
2 | 4 | 4 | 4 |
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