题目:

(2011·河西区二模)如图所示的电路中,电源电压保持不变,R
1阻值为20Ω,滑动变阻器R
2标有“20Ω 1A”的字样,使用的电压表有“0~3V、0~15V”两个量程,电流表有“0~0.6A、0~3A”两个量程.闭合开关S,移动变阻器的滑片P至最左端,此时电流表示数为0.3A.
求:
(1)电源电压;
(2)移动变阻器的滑片P,当电流表示数为0.2A时,电阻R
1消耗的电功率;
(3)现有阻值为4Ω、6Ω和11Ω的三个电阻,请从中选择一个来替换电阻R
1.要求当闭合开关S,在移动滑片P的过程中,使两电表指针分别能达到某量程的满刻度且各元件都能正常工作.
①应选用
6
6
Ω的电阻替换电阻R
1;
②满足上述要求时,变阻器R
2连入电路的阻值范围.
答案
6
解:(1)当滑动变阻器滑片P移至最左端时,
R
2连入电路的阻值为0欧,只R
1接入电路,
∵I=
,∴电源电压U=U
1=IR
1=0.3A×20Ω=6V;
(2)∵I=
,∴电阻R
1的电压U
1=I′R
1=0.2A×20Ω=4V,
电阻R
1的功率P
1=I′U
1=0.2A×4V=0.8W;
(3)题中要求电压表能达的最大值,若选0~15V量程,
因电压表并联在R
2两端,电源电压为6V,
则无论选择哪一电阻都不能使电压值达到15V,故电压表量程只能为0~3V;
电流表也要能达到最大电流,若接4Ω电阻时,
电路中的最大电流I
最大=
=
=1.5A<3A;
即电路中能达到的最大值只能为0.6A,故电流表量程只能选0~0.6A;
若取4Ω电阻代替R
1,∵I=
,∴电路达到最大电流时,
电路中的总电阻R
总=
=
=10Ω;
则滑动变阻器应接入电阻R
max1=10Ω-4Ω=6Ω;
则滑动变阻器两端的电压值U
min1=I
maxR
max1=0.6A×6Ω=3.6V>3V,故不能选4Ω的电阻来代替R
1.
若取11Ω电阻代替R
1,则达到最大电流时,总电阻R
总=10Ω<11Ω,故不能选11Ω的电阻来代替R
1.
所以只能用6Ω电阻代替R
1,则达到最大电流时,总电阻R
总=10Ω,
滑动变阻器应接入电阻R
min=10Ω-6Ω=4Ω;
则达到最大电压时,电路中的电流为I
min=
=
=0.5A,
滑动变阻器接入电路的最大电阻R
max=
=
=6Ω.
故滑动变阻器的接入范围为4Ω~6Ω.
答:(1)电源电压为6V;
(2)当电流表示数为0.2安时电阻R
1消耗的电功率为0.8W;
(3)①应选用6欧的电阻代替电阻R
1;
②满足题目要求滑动变阻器R
2的使用范围为4Ω~6Ω.