解题思路:分析电路图时,先简化电路,把电流表看作导线,把电压表看作开路,只分析用电器的连接方式.
(1)当S1、S2均闭合且滑片P滑到a端时,此时小灯泡L被短路,变阻器R1与电阻R2并联.电流表A1测干路电流,A2测R2电流,已知两表示数之比,我们根据并联电路电流规律得出R1中的电流与R2的电流之比,然后我们根据并联电路电流分配规律得出电阻之比,最后就得出R2的阻值了.
(2)当S1、S2均闭合且滑片P 在b 端时,此时小灯泡L被短路,变阻器R1与电阻R2并联,电压表并联在R1、R2两端,测的既是R1、R2两端电压,也是电源电压.而要算R1或R2的电压,由于两条支路的电流都不知道,所以无法通过算R1或R2的电压来得出电压表的示数.
我们根据电源电压不变这一点去分析,所以接下来我们要考虑分析当S1、S2均断开且滑片P置于滑动变阻器中点时电路的情况.此时变阻器R1与灯泡L串联.变阻器的滑片P在中点时,此时R1的阻值是20Ω,小灯泡L的电阻和电功率已知,我们用公式P=I2R的变形公式可以计算出电流,然后根据串联电路的电阻规律,求出总电阻,最后用公式U=IR计算出电源电压.
(3)根据P=
U
2
R
,在电源电压一定时,电功率与电阻的关系是成反比.要求最小电功率,先求最大总电阻.那么哪种情况下电路的总电阻最大?根据串联电路的电阻规律和并联电路的电阻规律可知,串联时的总电阻比并联时的总电阻大.则当S1、S2均断开时,且把滑片滑到b端时,电路的总电阻最大.
(1)当S1、S2均闭合且滑片P滑到a端时,小灯泡L短路,R1、R2并联,电流表A1测干路电流,A2测R2电流.
∵[I
I2=
3/2],I=I1+I2,
∴
I1
I2=[1/2],
∵
I1
I2=
R1
R2,
∴R2=
I1
I2R1=[1/2]×40Ω=20Ω.
答:电阻R2的阻值为20Ω.
(2)当S1、S2均断开且滑片P置于变阻器中点时,小灯泡L和R1串联,
∵P=I2RL∴I=
P
RL=
10W
10Ω=1A,
电源电压U=I(RL+[1/2]R1)=1A×(10Ω+[1/2]×40Ω)=30V,
当S1、S2均闭合且滑片P在a端时,电压表测电源电压,
∴电压表示数U示=30V.
答:当S1、S2均闭合且滑片P 在a端时,电压表的示数为30V.
(3)当S1、S2均断开且滑片P滑到端a时,电路总电阻最大,电路消耗电功最小.
电路总电阻:R=R1+RL=40Ω+10Ω=50Ω,
电路总功率:P=
U2
R=
(30V)2
50Ω=18W.
答:整个电路消耗的最小电功率是18W.
点评:
本题考点: 电功率的计算;欧姆定律的应用.
考点点评: 本题综合性较强,考查的内容较多.会辨别串、并联,会用欧姆定律计算,会用电功率公式计算,知道串、并联电路的电压规律,电流规律,电阻规律.
本题难点在第二问,要用到电功率的一个变形公式:P=I2R求解.需要注意的是:P=I2R和P=U2R这两个公式在电功率计算题里要经常用到.