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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。

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。

优质解答

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 = R 1 R 2 / R 1 + R 2

= 10 Ω× 40 Ω / 10 Ω +40 Ω) =8 Ω

  P = U 2 / R

= 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 = R 1 R 2 / R 1 + R 2

= 10 Ω× 40 Ω / 10 Ω +40 Ω) =8 Ω

  P = U 2 / R

= 15V 2 / 8 Ω = 28.125 W

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