如图所示的电路中,电源电压保持不变,电流表的量程为0-3A,R2为滑动变阻器,此时滑片P位于中点.当开关S1闭合,S2、S3断开时,R1消耗的功率为6W;再闭合S2,电路消耗的总功率为9W,电流

问题描述:

如图所示的电路中,电源电压保持不变,电流表的量程为0-3A,R2为滑动变阻器,此时滑片P位于中点.当开关S1闭合,S2、S3断开时,R1消耗的功率为6W;再闭合S2,电路消耗的总功率为9W,电流表的示数较前次增大了0.5A.求:

(1)电源电压;
(2)将开关S3闭合,S1、S2断开,将滑动变阻器的滑片P移到右端,此时电阻R1在1分钟内产生的热量;
(3)为了使整个电路消耗的功率尽可能大,应闭合和断开哪些开关?此时对滑动变阻器连入电路的阻值有何要求?

(1)当开关S1闭合,S2、S3断开时,电路中只有电阻(滑动变阻器R2处于开路状态),R1消耗的功率P1=6W;
闭合S2,R2与R1并联,电路消耗的总功率P=9W,电流表的示数较前次增大了0.5A,则I2=0.5A.
P2=P-P1=9W-6W=3W,
U=

P2
I2
=
3W
0.5A
=6V

R1
U2
P1
=
(6V)2
6W
=6Ω

 R2
U2
P2
(6V)2
3W
=12Ω

R2=2R2′=2×12Ω=24Ω.
(2)开关S3闭合,S1、S2断开,R2与R1串联,将滑动变阻器的滑片P移到右端,此时R2=24Ω,
R=R2+R1=24Ω+6Ω=30Ω,
I=
U
R
6V
30Ω
=0.2A,
电阻R1在1分钟内产生的热量:Q1=I2R1t=(0.2A)2×6Ω×60s=14.4J.
(3)由P=
U2
R
可知在电源电压一定时,要使功率增大,则应采取并联电路减小电阻,因此为了使整个电路消耗的功率尽可能大,应闭合开关S1、S2,断开开关S3,此时电流表达到最大示数3A.
通过电阻R1的电流:I1
U
R1
6V
=1A

通过滑动变阻器的电流为:I2″=3A-1A=2A,
滑动变阻器连入电路的阻值:R2 =
U
I2
6V
2A
=3Ω

答:(1)电源电压为6V;
(2)将开关S3闭合,S1、S2断开,将滑动变阻器的滑片P移到右端,此时电阻R1在1分钟内产生的热量为14.4J;
(3)为了使整个电路消耗的功率尽可能大,应闭合开关S1,S2和断开S3,此时对滑动变阻器连入电路的阻值为3Ω.