Question

如圖甲所示電路中，電源兩端電壓保持不變，圖乙中的圖線反映的是定值電阻R₃兩端電壓與通過(guò)其電流的關(guān)系．當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)，S₂、S₃閉合時(shí)，電壓表的示數(shù)為U；當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁閉合，S₂、S₃斷開(kāi)時(shí)，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃都斷開(kāi)時(shí)，電壓表的示數(shù)為U′，電流表的示數(shù)為I′，電阻R₃消耗的電功率為1.5W．已知U：U′=7：5，I：I′=2：1．

求：
（1）定值電阻R₂的電阻值；
（2）電路消耗的最大功率與最小功率之差．

Answer 1

解：當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)，S₂、S₃閉合時(shí)，等效電路圖如圖（甲）所示；
當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁閉合，S₂、S₃斷開(kāi)時(shí)，等效電路圖如圖（乙）所示；
當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃都斷開(kāi)時(shí)，等效電路圖如圖（丙）所示．

（1）由圖乙可知：當(dāng)U₃=6V時(shí)，I₃=1A，則
R₃===6Ω；
在（乙）、（丙）兩圖中：
∵電源電壓不變，
∴==，
即R₁=R₃+R₂-------①
在丙圖中：
===----②
由①②可得：
R₂=R₃=×6Ω=8Ω，
∴R₁=R₃+R₂=6Ω+8Ω=14Ω．
（2）圖（丙）：
I′===0.5A，
電源的電壓：
U=I′（R₁+R₃+R₂）=0.5A×（14Ω+6Ω+8Ω）=14V，
只斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂時(shí)，電路為R₂的簡(jiǎn)單電路，此時(shí)電路消耗電功率最大：
P₂===24.5W；
當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃都斷開(kāi)時(shí)，電路消耗電功率最小：
P₃===7W；
最大功率與最小功率之差為：
△P=P₂-P₃=24.5W-7W=17.5W．
答：（1）定值電阻R₂的電阻值為14Ω；
（2）電路消耗的最大功率與最小功率之差為17.5W．
分析：先畫(huà)出三種情況的等效電路圖．
（1）任取圖乙中一組電壓和電流值根據(jù)歐姆定律求出R₃的阻值，根據(jù)電源的電壓不變和歐姆定律分別表示出圖（乙）、圖（丙）中電表的示數(shù)結(jié)合電表的比值即可求出三電阻之間的關(guān)系，進(jìn)一步求出定值電阻R₂的電阻值．
（2）根據(jù)P=I²R求出圖（丙）中電路中的電流，利用電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電源的電壓；只斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂時(shí)，電路為R₂的簡(jiǎn)單電路，此時(shí)電路消耗電功率最大；利用P=求出最大值；圖（丙）中總電阻最大，電路消耗的總功率最小，根據(jù)P=求出最小值，進(jìn)一步求出電路消耗的最大功率與最小功率之差．
點(diǎn)評(píng)：本題是有關(guān)歐姆定律、電功率的綜合計(jì)算題目，難度較大．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．