今天通过一道常考题来了解电路综合题目,此类题目常以动态电路为主,加以其他知识点进行考察,多刷此类题目可帮助自己融汇贯通,提高做题熟练程度。先看题目:
如图甲所示的电路,电源电压保持不变,小灯泡L标有“2.5V 0.25A”字样,其R﹣U图像如图乙所示,滑动变阻器R1的最大值为30Ω,定值电阻R2=30Ω,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V。当只闭合开关S、S2和S3,将变阻器R1的滑片P调到中点时,电流表示数为0.45A。
(1)求小灯泡的额定功率;
(2)当只闭合开关S、S2和S3时,求整个电路消耗的最大功率;
(3)当只闭合开关S和S1时,在保证各元件安全工作的情况下,求滑动变阻器R1允许的取值范围。

此类题目的前一两问基本是送分题目,不管水平如何都可以尝试做一下,送分不要白不要。
第一问是典型的送分题目,题目中已经给予了额定电压和额定电流,只要计算一下即可:
P=UI=2.5V×0.25A=0.625w
第二问考察了开关引起的动态电路以及电路总功率、电路安全等考点:
首先,根据开关状态画出目前电路的最简图:
因为灯泡被短路,加上电压表所在电路被断路,因此简化后的电路图,如下:

题目中说的是电路消耗的总功率,总功率等于总电压(电源电压)乘总电流,电源电压保持不变,我们只要找到总电流最大的时候,算出来的就是最大总功率,而为了保证电路中电流表安全,电流最大不能超过0.6A。
因此只需算出电源电压即可完成。
而根据条件,当R1的滑片在中点时,阻值为15欧姆,两个电阻并联,根据并联电路的总电阻公式计算即可:

R总=10Ω
U总=R总×I=10Ω×0.45A=4.5V
因此电路消耗的最大功率为:Pmax=U总*Imax=4.5V×0.6A=2.7w
第三问考察了开关引起的动态电路以及电路安全、灯泡的功率特点等考点:
首先,还是根据开关状态画出目前电路的最简图:

可以看出滑动变阻器和灯泡是串联的,此时考虑电路安全问题进行变阻器阻值变化的探究,其实是电阻引起的电路变化问题,解决的前提是分析电阻变化会影响哪些数值的变化,画逻辑分析图:
(1)阻值变大时:
R1变大 => R总 变大 => I总 变小(灯泡及电流表安全) => U灯 变小 => U1变大(滑动变阻器两端电压,也是电压表显示值)
考虑电压表超量程问题,滑动变阻器的两端电压 不能超过3V,电源电压为4.5V,因此灯泡两端电压最小为1.5V。
UL=U电-U1=4.5V-3V=1.5V
根据灯泡的电阻与两端电压的图可知,当灯泡两端电压为1.5V时,电阻为8Ω。

此时,电路中的电流为:I=UL/RL=1.5V÷8Ω=0.1875A
滑动变阻器阻值:R1=U1/I=3V÷0.1875A=16Ω
(2)阻值变小时:
R1变小 => R总 变小 => I总 变大(灯泡及电流表不安全)
灯泡承受的最大电流为0.25A,电流表承受的最大电流为0.6A,确保两者都安全,因此电路最大电流取0.25A,此时灯泡为额定状态,两端电压为2.5V。
U1=U电-UL=4.5V-2.5V=2V
此时,滑动变阻器阻值为:R1=U1/I=2V÷0.25A=8Ω
因此滑动变阻器的阻值可以在8Ω-16Ω之间变化。
整体解题过程如下:
解:(1)小灯泡的额定功率是:PL额=UL额IL额=2.5V×0.25A=0.625W;
(2)只闭合开关S、S2和S3,将变阻器R的滑片P调到中点时,L短路,电路为0.5R1与R2并联,电流表测量干路电流;
并联的总电阻,

可得电源电压:U=IR并=0.45A×10Ω=4.5V;
由于电流表的量程为0~0.6A,则干路电流最大为0.6A,
所以最大功率P最大=UI最大=4.5V×0.6A=2.7W;
(3)只闭合开关S、S1,灯泡L与R1串联,R2不接入电路,移动变阻器的滑片P,向左移动时,R1变大,电压表的示数也变大,当电压表示数为3V时,R1最大,则R1的电压U1大=3V,此时小灯泡两端的电压为:UL=U﹣U1大=4.5V﹣3V=1.5V,
由图乙可知此时灯泡的电阻为:RL=8Ω,

当滑片向右移动时,R1变小,电流表的示数变大,UL也变大,由于灯泡的额定电流为0.25A,
所以,电路中的最大电流为:I最大=IL额=0.25A<0.6A(电流表安全),
此时灯泡正常工作,则灯泡两端的电压为:UL′=2.5V,
R1两端的电压为:U1′=U﹣UL′=4.5V﹣2.5V=2V,

所以在保证各元件安全的情况下,滑动变阻器R1允许的取值范围是8~16Ω。
答:(1)求小灯泡的额定功率为0.625W;
(2)当只闭合开关S、S2和S3时,整个电路消耗的最大功率是2.7W;
(3)当只闭合开关S和S1时,在保证各元件安全工作的情况下,求滑动变阻器R1允许的取值范围是8~16Ω。