Question

如圖所示電路，電源是多檔的學(xué)生電源，各檔的電壓不等．L是標有“8V　4W”的小燈泡，R是定值電阻．當電源位于第一檔，只閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于某位置a時，燈泡正常發(fā)光，電壓表的示數(shù)是5V，滑動變阻器的功率是P_a；當電源位于第二檔，只閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于某位置b時，電壓表的示數(shù)是2.5V，滑動變阻器的功率是P_b，P_a：P_b=12：7；當電源位于第三檔，開關(guān)都閉合，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于a點時，燈泡的亮度與第二種情況相同，滑動變阻器的功率P_a′，且P_a′：P_a=16：9．不考慮溫度對燈絲電阻的影響．
求：（1）滑動變阻器位于a點時接入電路的電阻值．
（2）第二檔電源電壓．

Answer 1

解：當電源位于第一檔，只閉合開關(guān)S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于a點時和滑片P處于b點的等效電路圖分別如圖1、2所示當電源位于第三檔，開關(guān)都閉合，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于a點時，等效電路圖如圖3所示

（1）當電源位于第一檔，由燈正常發(fā)光，則U_L=8V，
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等，
∴根據(jù)P=UI可得，電路中中的電流I₁===0.5A，
∵I=，
∴燈泡的電阻R_L===16Ω；
由圖1和圖2可知：
電壓表的示數(shù)I₁R=5V，I₂R=2.5V，則
==，
∴I₂=I₁=×0.5A=0.25A，
圖2中燈泡兩端的電壓U_L′=I₂R_L=0.25A×16Ω=4V，
∵圖2與圖3中燈泡亮度相同，
∴U₃=U_L′=4V，
∵P=，
∴===，
解得：U_a=3V，
∴R_a===6Ω；
（2）∵P=I²R，
∴==（）²×=（）²×=，
解得：=，
R_b=R_a=×6Ω=14Ω，
R_b兩端的電壓U_b=I₂R_b=0.25 A×14Ω=3.5V，
電源的電壓U₂=U_L′+U_b+2.5V=4V+3.5V+2.5V=10V．
答：（1）滑動變阻器分別位于a點時接入電路的電阻值為6Ω；
（2）第二檔電源電壓為10V．
分析：（1）當電源位于第一檔，由燈泡正常發(fā)光可知燈泡中電壓，由歐姆定律可求得電路中的電流I₁；即可根據(jù)已求出的電流值，利用R=求出燈泡和電阻R₁的阻值；
（2）當電源位于第二檔，滑動變阻器的滑片P處于b點時，由電壓表的示數(shù)和R₁的阻值求出這時的電流，再由功率公式和已知的功率比值，列出滑動變阻器分別在a、b點時的滑動變阻器上的阻值關(guān)系式；
（3）當電源位于第三檔，滑動變阻器的滑片P處于a點時，由燈泡兩端的電壓和滑動變阻器的功率比值，先求出滑動變阻器的滑片P處于a點時的阻值，即可根據(jù)滑動變阻器分別在a、b點時的滑動變阻器上的阻值關(guān)系式求出R_b的阻值；
最后根據(jù)串聯(lián)電路的特點分別求出三檔電源電壓．
點評：解答本題應(yīng)明確以下幾點：
（1）正常工作時電壓和功率即為額定電壓和額定功率；需注意燈泡的阻值是變化的．
（2）根據(jù)已知功率比值列出包含所求物理量的關(guān)系式，然后逐步逐個解答，注意電源電壓的變化和引起的電路電流、電壓的變化，本題是一道很難的題目．