解题思路:(1)本题有三个过程,每一个过程画一个等效电路:
当开关S1闭合、S2断开,变阻器的滑片移到A端时,如图甲所示;
当开关S1断开、S2闭合时,如图乙所示;
当开关S1、S2都断开,变阻器的滑片在C点时,如图丙所示.
电路消耗功率最大应为开关S1、S2都闭合,只有R3接入,如图丁所示.
消耗功率最小应为R3、R1、滑动变阻器RA全部串联接入电路,如图戊所示.
(2)用同一导体接入不同电路,根据功率之比,求出电流之比.
由丙过程中的电压表示数之比,列出电阻R3、R1、RC的电阻关系式;
对应甲乙过程源电压相同,列出等式,由电流之比,导出电阻R3、R1、RA的电阻关系式;
电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3:1,利用功率之比列出等式,找到电阻R3、R1、RA的电阻关系式;
由三个方程解出的R3与RC关系,
根据串联电路的功率之比等于电阻之比,求出R3的功率.
(1)当开关S1闭合、S2断开,变阻器的滑片移到A端时,等效电路如图甲所示;
当开关S1断开、S2闭合时,等效电路如图乙所示.
∵
P3
P′3=
I12R3
I22R3=[9/25],
∴
I1
I2=[3/5].
(2)当开关S1、S2都断开,变阻器的滑片在C点时,等效电路如图丙所示.
∵
U1
U2=[3/2],
∴
R3+R1
R1+RC=[3/2],
∴3R1+3RC=2R3+2R1,
2R3=R1+3RC①,
电源两端电压一定,在甲、乙电路中,根据U=IR,
I1(R3+RA)=I2(R3+R1),
3RA=2R3+5R1②,
电路消耗功率最大应为开关S1、S2都闭合,只有R3接入,如图丁所示,
消耗功率最小应为R3、R1、滑动变阻器RA全部串联接入电路,如图戊所示,
∵电路总电压U一定,
∴
P最大
P最小=
U2
R3
U2
R3+R1+RA=
R3+R1+RA
R3=[3/1],
2R3=R1+RA③,
根据①②③式,可得:R3=2RC,
在丙电路中,电流一定,
点评:
本题考点: 欧姆定律的应用;等效电路;电功率的计算.
考点点评: 本题综合性很强,具有一定的难度,并且很有代表性,本题的思路:
根据同一导体在不同电路中的功率关系,建立甲、乙过程的关系式,找到甲乙电路的电流之比.
根据开关的闭合和断开,以及滑动变阻器滑片的移动画出三个过程的等效电路是此题的关键,
根据不同过程的电源电压相等,建立甲、乙过程的关系式;
根据同一个过程的电压之比,建立丙过程的关系式;
根据电路的最大功率和最小功率之比,建立丁、戊关系式;
不同过程的电阻不变,电源电压不变,联立方程,找出R3和RC的关系,
根据串联电路的功率之比等于电阻之比,求出R3的电功率.