Question

如圖，電源電壓和燈泡電阻不變，R₁=5Ω，燈泡的額定電流為0.8A，燈泡電阻為10Ω，
（1）只閉合S₁，電流表的示數(shù)為0.6A，求電源電壓
（2）閉合S₁、S₂、S₃，滑片移到b端，電流表的示數(shù)為2A，求滑動變阻器的最大阻值
（3）若電壓表量程為0～3V，電流表量程為0～3A，只閉合S₂，在保證電路安全的情況下，求滑動變阻器接入的阻值范圍．

Answer 1

【答案】分析：分析電路圖時，先簡化電路，畫出等效電路圖，把電流表看作導線，把電壓表看作開路，只分析用電器的連接方式．
（1）只閉合S₁時，燈L和R₁串聯(lián)，電流表測量的是整個電路中的電流，已知燈L和R₁的電阻，利用串聯(lián)電路電阻的特點可以求出電路中的總電阻，知道電路中的電流、利用歐姆定律求電源電壓．
（2）閉合S₁、S₂、S₃，滑片移到b端時，電流表測量的是干路中的總電流，燈L被短路，R₁和滑動變阻器R₂并聯(lián)，已知電源電壓和干路中的總電流，可利用公式R=計算出總電阻，又知道R₁的電阻，再利用并聯(lián)電路的電阻關(guān)系求變阻器的最大阻值．
（3）只閉合S₂時，燈L和R₂串聯(lián)，為保證電路安全，根據(jù)電壓表的量程為0～3V、電流表的量程為0～3A和燈的銘牌，已知燈泡的額定電流和燈泡電阻，可利用公式U=IR計算燈泡的額定電壓，再利用歐姆定律和串聯(lián)電路的分壓關(guān)系求變阻器連入電路的阻值范圍．
解答：解：（1）只閉合S₁時，燈L和R₁串聯(lián)，如圖1，

電路中的總電阻為：R=R₁+R_L=5Ω+10Ω=15Ω，
電源電壓為：U=IR=0.6A×15Ω=9V．
（2）閉合S₁、S₂、S₃，滑片移到b端（R₂全連入）時，如圖2，R₁和R₂并聯(lián)，

電流表測量的是干路中的總電流I_總=2A，
則電路中的總電阻為：
R===4.5Ω，
∵=+，
∴R₂===45Ω；
（3）只閉合S₂時，如圖3所示，燈L和R₂串聯(lián)，

為保證電路安全，要考慮電壓表的量程、電流表的量程是否合適，
①對于電流表，量程為0～3A，當滑動變阻器連入電阻為0時，電流最大：
I_大===0.9A＜3A，
∴當滑片左右移動時，電路中的電流不會超出電流表的量程；
②對于電壓表，量程為0～3V，滑動變阻器兩端的最大電壓U_大=3V，此時連入的電阻最大：
∵I==
∴R_大===5Ω；
③由題知，燈泡的額定電流I_L=0.8A，R_L=10Ω，
∴U_L=I_LR_L=0.8A×10Ω=8V，
8V是燈泡正常工作時的電壓，超過此電壓燈泡容易損壞，
此時滑動變阻器兩端的電壓最小為：U_小=U-U_L=9V-8V=1V，其連入電路的電阻最小，
∵I′==，
∴R_小===1.25Ω；
由①②③可知，為保證電路安全，滑動變阻器連入的電阻范圍是1.25Ω～5Ω．
答：（1）電源電壓為9V．
（2）變阻器的最大阻值為45Ω．
（3）在保證電路安全的情況下，變阻器連入電路的阻值范圍為1.25Ω～5Ω．
點評：本題綜合性強，考查的內(nèi)容較多：會辨別串、并聯(lián)，會用歐姆定律計算，會利用并聯(lián)電路的電壓規(guī)律、電阻規(guī)律，會通過畫等效電路圖簡化電路．本題難點在第三問，要同時考慮電壓表、電流表的量程是否合適，以及燈兩端的電壓要小于等于8V，去計算滑動變阻器連入電阻的范圍．