解题思路:(1)由电路图可知,R1、R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流;根据P=UI求出此时变阻器R2消耗的电功率;根据串联电路的电压特点求出R1两端的电压,根据欧姆定律求出R1的阻值.
(2)第一、选择不同的电表量程,移动变阻器的滑片P,都能使电压表V的指针处于图(b)所示位置,也就是说R2的电压能取到2V或10V,根据欧姆定律表示出电路中的电流,利用电路中的电流要不大于2A得出不等式即可求出R0的最小值;根据串联电路的分压特点可知,当滑动变阻器接入电路的电阻最大时滑动变阻器分得的电压最大,最大不应小于10V,根据欧姆定律得出不等式即可求出R0的取值范围;
第二、当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的电流最小,此时要考虑电压表的量程,然后根据串联电路的特点和欧姆定律求出各自电流表示数的最小值.
①时变阻器R2消耗的电功率为:
P2=U2I=6V×0.4A=2.4W;
②R1两端的电压:
U1=U-U2=22V-6V=16V,
R1的阻值R1=
U1
I=[16V/0.4A]=40Ω;
③第一:选择量程3V时,要求变阻器至少可以分担到2V的电压,选择15V量程时,要求变阻器至少可以分担10V电压,同时,变阻器正常工作,要求电流要不大于2A,则
[U−2V
R0≤2A,即R0≥
22V−2V/2A]=10Ω
[U−10V
R0≤2,即R0≥
22V−10V/2A]=6Ω
综上知R0≥10Ω,
由于变阻器最大值为50Ω,根据串联电路的分压特点可知,当变阻器接入电路的电阻最大时,分得的电压最大,则
U×
R2
R0+R2≥10V,即22V×[50Ω
50Ω+R0≥10V,
解得R0≤60Ω,
所以R0的取值范围为:10Ω≤R0≤60Ω,;
第二:若定值电阻R0=10Ω,当R2=50Ω时,
滑动变阻器分得的电压U滑′=
50Ω/10Ω+50Ω]×22V≈18.3V>15V,
所以,当电压表的示数为15V时,电路中的电流最小,
Imin=
U−U滑
R0=[22V−15V/10Ω]=0.7A;
若定值电阻R0′=60Ω,当R2=50Ω时电路中的最小电流,
I最小=[U
R0+R2=
22V/60Ω+50Ω]=0.2A.
答:①此时变阻器R2消耗的电功率为2.4W.
②定值电阻R1的阻值为40Ω.
③第一:10;60.
第二:在两种情况下各自电流表示数的最小值分别为0.7A、0.2A.
点评:
本题考点: 电功率的计算;电压表的读数方法;滑动变阻器的使用;欧姆定律的应用.
考点点评: 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率的计算,关键是公式及其变形式的灵活应用,难点是定值电阻R0来替换电阻R1时最大和最小值的判断,是一道难度较大的习题.