Question

如圖所示的電路中，電源兩端的電壓保持不變，阻值分別為R₁、R₂的定值電阻其阻值不隨溫度變化，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R₃．當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S、S₁，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂，滑動(dòng)變阻器的滑片P滑至中點(diǎn)時(shí)，電壓表的示數(shù)為U₁，滑動(dòng)變阻器的電功率P₁=2.4W，電流表的示數(shù)為I₁；當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S和S₂，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P滑至端點(diǎn)A時(shí)，電壓表的示數(shù)為U₂，電路的總電功率P₂=2.88W，電流表的示數(shù)為I₂；當(dāng)所有開(kāi)關(guān)都閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到端點(diǎn)B時(shí)，電路的總電功率為P₃．已知：

I1

I2

=

5

3

，求：
（1）R₂與R₃的阻值之比；
（2）U₁與U₂之比；
（3）總電功率P₃．

Answer 1

分析：先畫(huà)出三種情況的等效電路圖：
（1）根據(jù)P=I²R表示出圖1、圖2兩圖中滑動(dòng)變阻器的電功率，結(jié)合電流關(guān)系和電功率的大小即可求出R₂與R₃的阻值之比；
（2）對(duì)于圖1、圖2兩個(gè)電路，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律表示出電源的電壓，利用電源的電壓不變即可得出R₁與R₂的阻值關(guān)系，根據(jù)歐姆定律表示出U₁與U₂之比，把電流之比和電阻關(guān)系代入即可求出U₁與U₂之比；
（3）根據(jù)電阻的并聯(lián)表示出圖3的總電阻，對(duì)于圖2、圖3兩個(gè)電路，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律表示出電源的電壓，利用電源的電壓不變和電阻關(guān)系即可得出兩圖的電流關(guān)系，根據(jù)P=UI表示出圖2中滑動(dòng)變阻器消耗的電功率與圖3總功率的比值，即可求出總電功率P₃．

解答：解：閉合開(kāi)關(guān)S、S₁，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂，滑動(dòng)變阻器的滑片P滑至中點(diǎn)時(shí)，簡(jiǎn)化電路如圖1所示；
閉合開(kāi)關(guān)S和S₂，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P滑至端點(diǎn)A時(shí)，簡(jiǎn)化電路如圖2所示；
當(dāng)所有開(kāi)關(guān)都閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到端點(diǎn)B時(shí)，簡(jiǎn)化電路如圖3所示．

（1）∵P=I²R，且P₁=2.4W，P₂=2.88W，

I1

I2

=

5

3

，

P1

P2

=

I 2 1 × R3 2

I 2 2 ×(R2+R3)

=（

I1

I2

）²×

R3

2(R2+R3)

=（

5

3

）²×

R3

2(R2+R3)

=

2.4W

2.88W

=

5

6

，
解得：

R2

R3

=

2

3

；
（2）對(duì)于圖1、圖2兩個(gè)電路，
∵電源的電壓不變，
∴

I1

I2

=

R2+R3

R1+ 1 2 R3

=

R2+ 3 2 R2

R1+ 1 2 × 3 2 R2

=

5

3

，
解得：

R1

R2

=

3

4

，
∵I=

U

R

，
∴

U1

U2

=

I1R1

I2R2

=

I1

I2

×

R1

R2

=

5

3

×

3

4

=

5

4

；
（3）對(duì)于圖2、圖3兩個(gè)電路，
∵電源的電壓不變，
∴

I3

I2

=

R2+R3

R1R2 R1+R2

=

(R2+R3)(R1+R2)

R1R2

=

(R2+ 3 2 R2)( 3 4 R2+R2)

3 4 R2×R2

=

35

6

，
對(duì)于圖2、圖3兩個(gè)電路，
∵P=UI，且電源的電壓不變，

P3

P2

=

UI3

UI2

=

I3

I2

=

35

6

，
則P₃=

35

6

×P₂=

35

6

×2.88W=16.8W．
答：（1）R₂與R₃的阻值之比為2：3；
（2）U₁與U₂之比為5：4；
（3）總電功率P₃為16.8W．

點(diǎn)評(píng)：本題是有關(guān)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律、電功率的綜合計(jì)算題目，在解題過(guò)程中，注意電路的分析，根據(jù)已知條件分析出各種情況下的等效電路圖，同時(shí)要注意在串聯(lián)電路中各物理量之間的關(guān)系，結(jié)合題目中給出的已知條件進(jìn)行解決．