如图所示的电路中,电源电压恒定,R1=8Ω,滑动变阻器R2标有“20Ω,1A”的字样,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.5A,电压表示数为2V,灯泡L正常发光。问:
(1)电源电压有多大?
(2)灯泡L的额定功率有多大?
(3)断开开关S1,闭合开关S、S2,在不损坏电路元件的前提下,R2接入电路的阻值范围?
解析:
(1)断开开关S2,闭合开关S、S1,灯泡和电阻串联接入电路,电流表测通过电路的电流,电压表测灯泡两端的电压,
串联电路各处电流相等,由欧姆定律可得电阻两端的电压:
U1=IR1=0.5A×8Ω=4V,
串联电路总电压等于各部分电压之和,所以电源电压:
U=UL+U1=2V+4V=6V;
(2)电流表示数为0.5A,电压表示数为2V,灯泡L正常发光,灯泡L的额定功率:
P=ULI=2V×0.5A=1W;
(3)断开开关S1,闭合开关S、S2,定值电阻和滑动变阻器串联接入电路,电压表测滑动变阻器两端的电压,根据串联电路分压原理可知当电压表示数最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,由电阻的串联和欧姆定律可知此时通过电路的电流最小,
电压表的量程为0~3V,当电压表的示数为3V时,电阻两端的电压:
U1′=U﹣U2=6V﹣3V=3V,
由欧姆定律可得:
,即,
解得:R2=8Ω,
电流表的量程为0~0.6A,当通过电路的电流为0.6A时,滑动变阻器接入电路的电阻最小,此时电路的电阻最小为:
根据串联电路电阻规律可得滑动变阻器接入电路的最小阻值:
R2′=R′﹣R1=10Ω﹣8Ω=2Ω,
所以滑动变阻器接入电路的阻值范围为2Ω~8Ω。
即
(1)电源电压为6V;
(2)灯泡L的额定功率为1W;
(3)断开开关S1,闭合开关S、S2,在不损坏电路元件的前提下,R2接入电路的阻值范围为2Ω~8Ω。
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