2019-06-21
某校物理科技小组制作了一个可调 的多档位电热器模型,为了测量实验数据,他们将电表接入了电路,如图所示。已知 R 1 = 10 Ω,滑动变阻器 R ′ 的最大值为 20 Ω。当只闭合 S 2 ,滑片 P 滑至 R ′ 的中点时,测得电流表示数为 0.3A ,电压表示数为 12V ;该小组通过测量和分析发现,当两个开关都闭合, R ′ 的阻值最小时,电热器消耗的电功率最大。请你计算:
( 1 )电阻 R 2 和电源电压。
( 2 )当只闭合 S 1 , R ′ 的阻值最大时,通电 1min ,电流通过 R 1 所做的功。
( 3 )电热器消耗的最大电功率。
( 1 )当只闭合 S 2 时, R ′ 阻值的一半与 R 1 串联
R 2 = U 2 / I 2
= 12V/0.3A = 40 Ω
U = I ( R 2 + R ′ )
= 0.3A ( 40 Ω +10 Ω) =15V
( 2 )当只闭合 S 1 , R ′ 的阻值最大时
R = R 1 + R ′ = 10 Ω +20 Ω =30 Ω
I 1 = U / R = 12V/ 30 Ω = 0.5A
U 1 = I 1 R 1 = 0.5A × 10 Ω =5V
W 1 = U 1 I 1 t = 5V × 0.5A × 60s =150J
( 3 )当 S 1 、 S 2 都闭合、变阻器为最小值时,电热器消耗的电功率最大
R 总 = R 1 R 2 / ( R 1 + R 2 )
= 10 Ω× 40 Ω / ( 10 Ω +40 Ω) =8 Ω
P = U 2 / R 总
= ( 15V ) 2 / 8 Ω = 28.125 W
答:
( 1 )当只闭合 S 2 时, R ′ 阻值的一半与 R 1 串联
R 2 = U 2 / I 2
= 12V/0.3A = 40 Ω
U = I ( R 2 + R ′ )
= 0.3A ( 40 Ω +10 Ω) =15V
( 2 )当只闭合 S 1 , R ′ 的阻值最大时
R = R 1 + R ′ = 10 Ω +20 Ω =30 Ω
I 1 = U / R = 12V/ 30 Ω = 0.5A
U 1 = I 1 R 1 = 0.5A × 10 Ω =5V
W 1 = U 1 I 1 t = 5V × 0.5A × 60s =150J
( 3 )当 S 1 、 S 2 都闭合、变阻器为最小值时,电热器消耗的电功率最大
R 总 = R 1 R 2 / ( R 1 + R 2 )
= 10 Ω× 40 Ω / ( 10 Ω +40 Ω) =8 Ω
P = U 2 / R 总
= ( 15V ) 2 / 8 Ω = 28.125 W
答: