解题思路:根据开关的断开、闭合的状态和滑动变阻器的位置分析电路的连接方式,并画出相应的等效电路图;
(1)利用已知的电压比U1:U2,结合相对应的电路图,根据欧姆定律和串联电路的电流、电压特点求出对应的R1、R2的电阻之比,
利用已知的电功率之比P1:P2和计算出的R1、R2电阻之比,结合相对应的电路图,根据电功率公式求出电路中的电流,
利用已知的R3的阻值和以上计算出的R1、R2的电阻之比和电路中的电流,结合相对应的电路图,根据欧姆定律和串联电路的特点列方程求出R1、R2的阻值以及电源电压;
(2)根据P=
U
2
R
判断消耗的电功率最小的电路,并根据此公式和串联电路的特点进行计算电路中消耗的最小电功率.
开关S1断开、S2闭合时,P在B端,滑动变阻器接入电路的阻值为0,电阻R1,R3串联,电流表测量电路中的电流,定值电阻R1消耗的电功率为P1,等效电路如图甲,
开关S1断开、S2闭合时,P在A端,滑动变阻器R2、电阻R1、R3串联,电压表V1测量R1两端的电压U1,电压表V2测量R2两端的电压U2,等效电路如图乙,
开关S1、S2闭合时,P在A端,电阻R1被短路,滑动变阻器、R3串联,滑动变阻器消耗的电功率为P2,等效电路如图丙,
(1)乙图中,电阻R1、R3串联,根据串联电路电电流特点可知,I=
U1
R1=
U2
R2,
R1:R2=U1:U2=1:2----①,
∵P=UI=I2R,
∴甲电路图中定值电阻R1消耗的电功率为P1=
I21R1,丙电路图中定值电阻R2消耗的电功率为P2=
I23R2,
P1:P2=
I21R1:
I23R2,
数据代入得,9:8=[(0.6A)2×1]:(
I23×2),
解得I3=0.4A,
∵I=[U/R],电源电压不变,
∴由甲电路图和丙电路图可知,电源电压U=I1R总1=I3R总3,
由串联电路的电阻特点可知,U=I1(R1+R3)=I3(R2+R3),
数据代入得U=0.6A×(R1+10Ω)=0.4A×(R2+10Ω)----②,
联立①②可得,
R1:R2=1:2
U=0.6A×(R1+10Ω)=0.4A×(R2+10Ω),解得
R1=10Ω
R2=20Ω
U=12V;
(2)甲乙丙电路图均是串联电路,根据串联电路的电阻特点可知,甲图中总电阻R总1=R1+R3=10Ω+10Ω=20Ω,乙图中总电阻R总2=R1+R2+R3=10Ω+20Ω+10Ω=40Ω,丙图中总电阻R总3=R2+R3=20Ω+10Ω=30Ω,即乙图中总电阻阻值最大,
∵P=UI=
U2
R,电源电压不变,乙图中总电阻阻值最大,
∴乙图电路中消耗的电功率最小,
电路中消耗的最小电功率Pmin=
U2
R总2=
(12V)2
40Ω=3.6W.
答;(1)电源电压U为12V;
(2)电路中消耗的最小电功率为3.6W.
点评:
本题考点: 欧姆定律的应用;电功率的计算.
考点点评: 本题考查了电路的分析与计算,电路图比较复杂,分析清各电路元件的连接关系,画出等效电路图是本题的难点,也是解题的关键,要注意熟练掌握串联电路的特点以及欧姆定律、电功率以及变形公式的应用.