加载中…利用欧姆定律求解滑动变阻器阻值范围的方法
(2019-09-14 20:20:56)
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教育教学物理初中 |
分类： 教学交流 |
例题
如图所示，电源电压可调，小灯泡上标有“6V 0.5A”的字样（不考虑温度对灯泡电阻的影响），电流表量程：0~0.6A，电压表量程：0~3V，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”。
（1）电源电压调至6V，闭合开关S1和S2，移动滑动变阻器滑片P，使小灯泡正常发光，电流表示数为0.6A，则电压表的示数是多少？R0的阻值是多少？（2）电源电压调至8V，断开开关S1，闭合开关S2，为了保证电路安全，求滑动变阻器的阻值变化范围。
1、求电压表的示数，R0的阻值
闭合开关S1、S2
电路构成为：灯泡L和滑动变阻器串联后，再与电阻R0并联的电路，电流表测的是干路电流，电压表测的是滑动变阻器两端电压。
根据题目中的条件：小灯泡上标有“6V 0.5A”的字样，则灯泡L的额定电压U额=6V， 额定电流I额=0.5A；
根据欧姆定律和结论：U额=6V，I额=0.5A，则灯泡L的电阻R灯=U额/I额=12Ω；
根据题目中的条件和结论：小灯泡正常发光，则I额=0.5A，U额=6V，即灯泡L这一支路的电流I1=I额=0.5A，灯泡两端电压U1=U额=6V；
根据题目中的条件：电流表示数为0.6A，则干路电流I=0.6A；
根据并联电路的特点和结论：并联电路中干路电流等于各支路电流之和，I=I1+I0，I=0.6A，I1=0.5A，则电阻R0这一支路的电流I0=0.1A；
根据串联电路的特点，题目中的条件和结论：串联电路的种电压等于各部分电路的两端电压之和，U=U1+U2，电源电压U=6V，U1=6V，则滑动变阻器两端电压U2=0；
根据结论：电压表测的是滑动变阻器两端电压，U2=0，则电压表的示数为0；
根据并联电路的特点和结论：并联电路各支路两端的电压相等，U0=U，U=6V，则R0两端的电压U0=6V；
根据欧姆定律和结论：R0=U0/I0，U0=6V，I0=0.1A，则R0=60Ω；
所以，电压表的示数为0，R0的阻值为60Ω。
2、求滑动变阻器的阻值变化范围
断开开关S1，闭合开关S2
电路构成为：灯泡L与滑动变阻器的串联电路，电流表测的是总电流，电压表测的是滑动变阻器两端电压。
根据欧姆定律：R=U/I，R=R灯+R滑，则R滑=U/I-R灯，在电源电压一定的条件下，当总电流I越大，滑动变阻器电阻R滑越小，当总电流I越小，滑动变阻器电阻R滑越大；
根据题目中的条件：灯泡的额定电流为0.5A，电流表量程：0~0.6A，滑动变阻器的额定电流为1A，则此电路中的最大通过电流I'=0.5A；
根据欧姆定律、题目中的条件和结论：电源电压U'=8V，I'=0.5A，则电路中的最小总电阻R'=U'/I'=16Ω；
根据串联电路的特点和结论：串联电路中的总电阻等于各部分电阻之和，R'=R灯+R，R'=16Ω，R灯=12Ω，则滑动变阻器的最小电阻R=4Ω；
根据题目中的条件：电压表量程：0~3V，则电压表的示数最大值为3V，即滑动变阻器两端电压最大值U2'=3V；
根据串联电路的特点和结论：串联电路中的总电压等于各部分电路两端的电压之和， U'=U灯'+U2'，U'=8V，U2'=3V，则灯泡两端的电压最小值U灯'=5V；
根据欧姆定律和结论：R灯=U灯'/I灯'，U灯'=5V，R灯=12Ω，则流过灯泡的电流最小值I灯'=5/12A；
根据串联电路的特点：串联电路中的电流处处相等，I2'=I灯'，I灯'=5/12A，则电路中总电流的最小值I2'=5/12A，此时滑动变阻器的电阻为最大值；
根据欧姆定律和结论：R'=U2'/I2'，U2'=3V，I2'=5/12A，则滑动变阻器的最大电阻R'=7.2Ω；
根据题目中的条件：滑动变阻器规格为“20Ω 1A”，滑动变阻器的最小电阻R=4Ω，滑动变阻器的最大电阻R'=7.2Ω，则滑动变阻器的阻值变化范围为4~7.2Ω。
结语
滑动变阻器的阻值范围需要综合考虑电路中电压、电流等多种因素，因此在解题时，必须仔细分析其中的内在逻辑关系，并灵活运用串并联电路特点和欧姆定律，只有认真审题，思路总结，才能顺利应对这类题型，为物理中考取得高分加油助力。
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