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第5课时　多开关电路电功率的计算
1. 如图所示,L是标有“6V　1.8W”字样的灯泡,R是定值电阻,断开开关S2,闭合开关S1
和S3,灯泡正常发光,电流表的示数为0.40A.(灯丝电阻不变)
(1) 求灯泡正常发光时,1min内灯泡消耗的电能.
(2) 求定值电阻R的阻值.
(3) 断开开关S1和S3,闭合开关S2,改变电源电压,使灯泡正常发光,求电路的总功率.
(1) 灯泡正常发光时,P=P额=1.8W,则灯泡消耗的电能W=Pt=1.8W
×60s=108J　
第1题
(2) 当断开开关S2,闭合开关S1和S3,定值电阻R和灯泡L并联,此时灯泡正常发光,电源电压U=UR=UL=6V,通过灯泡的电流IL===0.3A,通过定值电阻的电流IR=I-IL=0.4A-0.3A=0.1A,定值电阻R的阻值R===60Ω　
(3) 断开开关S1和S3,闭合开关S2,定值电阻R和灯泡L串联,灯泡L的电阻RL===20Ω,电路总电阻R总=R+RL=60Ω+20Ω=80Ω,改变电源电压,使灯泡正常发光,此时电路中的电流I'=IL=0.3A,此时的电源电压U'=I'R总=0.3A×80Ω=24V,此时电路中消耗的总功率P总=I'U'=0.3A×24V=7.2W
2. 如图所示,灯泡L标有“6V　3W”字样,R1的电阻为5Ω,滑动变阻器标有“20Ω　1A”
的字样,电流表的量程为0～3A,电压表的量程为0～3V.当开关S1、S2、S3都闭合时,灯泡L恰好正常发光.求:(设灯泡电阻不随温度改变而改变)
(1) 灯泡L的电阻和电源电压.
(2) 开关S1、S2、S3都闭合时,电流表和电压表的示数.
(3) 开关S1闭合,S2、S3断开时,在保证电路中各元件安全工作的情况下,电阻R1消耗的最小电功率.
(1) 灯泡L正常工作时的电流IL===0.5A,灯泡的电阻RL==
=12Ω;由图知,当S1、S2、S3均闭合时,R1与L并联,灯泡L恰好正常发光,电源电压U=U1=UL=6V
第2题
(2) 当S1、S2、S3均闭合时,R1与L并联,电流表测干路电流,R2被短路,所以电压表示数为0,灯泡正常发光,通过灯泡的电流IL=0.5A,通过R1的电流I1===1.2A,电流表的示数I=I1+IL=1.2A+0.5A=1.7A　
(3) 当闭合S1,断开S2、S3时,R1与R2串联,电压表测R2两端的电压,电流表测电路中的电流,电压表的量程为0～3V,所以当电压表的示数U2=3V时,变阻器接入电路的阻值最大,电路中的电流最小,R1功率最小,此时R1两端的电压U1'=U-U2=6V-3V=3V,此时电路中的最小电流I'===0.6A,R1的最小电功率P1=U1'I'=3V×0.6A=1.8W
1. 如图所示,电源电压恒定,小灯泡L标有“12V　3W”字样,定值电阻R2的阻值为5Ω,R1
为滑动变阻器,电流表量程为0～0.6A.开关S1、S2都闭合时,L恰好正常发光,电流表示数为0.55A.求:
(1) 小灯泡的额定电流.
(2) S1、S2都闭合时,R1在10min内消耗的电能.
(3) S1、S2都断开,调节滑片且电路安全,R2与R1功率之比的最大值.
(1) 小灯泡的额定电流IL===0.25A
第1题
(2) 当S1、S2都闭合时,R2被短路,L、R1并联,L恰好正常发光,则通过灯泡的电流为0.25A,小灯泡两端的电压等于其额定电压,电源电压U=UL=12V;通过R1的电流I1=I-IL=0.55A-0.25A=0.3A,R1在10min内消耗的电能W=UI1t=12V×0.3A×10×60s=2160J　
(3) S1、S2都断开,R1、R2串联,电流表测量电路电流.电流表量程为0～0.6A,则通过电路的最大电流I'=0.6A,此时R1接入电路的阻值最小,根据P=I2R可知R2与R1功率之比最大.电路的总电阻R===20Ω,电阻R1=R-R2=20Ω-5Ω=15Ω,R2与R1功率之比的最大值为====
2. 如图所示为某用电器内的一部分电路,电源电压恒为12V,R1为定值电阻,R2为标有
“100Ω　0.5A”字样的滑动变阻器,R3为标有“3V　0.9W”字样的定值电阻.
(1) 当闭合S、S1、S2时,电流表的示数为0.3A,求R1的阻值.
(2) 求在(1)中的情况下,整个电路可能消耗的最小功率.
(3) 当闭合S,断开S1、S2时,为保证整个电路安全,求滑动变阻器接入电路的阻值范围.
(1) 当S、S1、S2都闭合时,此时电路中R1和滑动变阻器R2并联,
由题意可得R1===40Ω
第2题
(2) 当滑动变阻器R2的阻值全部接入电路时,整个电路消耗的功率最小,R1消耗的功率P1=UI1=12V×0.3A=3.6W,R2消耗的功率P2===1.44W,电路消耗的最小功率P=P1+P2=3.6W+1.44W=5.04W　
(3) 当闭合S,断开S1、S2时,R3和滑动变阻器R2串联,R3允许通过的最大电流I3===0.3A,R2允许通过的最大电流为0.5A,所以,为保证整个电路安全,电路中最大电流应当取0.3A,电阻R3===10Ω,电路的最小总电阻R===40Ω,滑动变阻器接入的最小阻值R2'=R-R3=40Ω-10Ω=30Ω,为保证整个电路安全,滑动变阻器接入电路的阻值范围为30～100Ω
3. (2023·南通模拟)如图,电源电压U=6.0V保持不变,灯泡L标有“6V　6W”字样,已知
S1和S3闭合时,电流表示数为0.6A,不计灯丝电阻随温度的变化.滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω.
(1) 求灯泡L正常发光时的阻值.
(2) 当开关S1、S2、S3都闭合时,求整个电路的总功率.
(3) 只闭合开关S1,电压表的量程为0～3V,电流表的量程为0～0.6A,求当R1的电功率与R2的电功率之比最小时,R1的电功率.
(1) 灯泡L的额定电流I额===1A,灯泡L正常发光时的阻值
RL===6Ω
第3题
(2) S1和S3闭合时,变阻器R2被短路,只有定值电阻R1接入电路,R1的阻值R1====10Ω;当开关S1、S2、S3都闭合时,变阻器R2被短路,定值电阻R1与灯泡L并联,灯泡L正常发光,灯泡的实际功率PL=P额=6W,R1消耗的电功率P1=U1I1=UI1=6.0V×0.6A=3.6W,整个电路消耗的电功率P总=P1+PL=3.6W+6W=9.6W　
(3) 只闭合开关S1,定值电阻R1与变阻器R2串联,当电压表示数即变阻器R2两端的电压U2=3V时,R1两端的电压与R2两端的电压的比值最小,R1两端的电压U1'=U-U2=6.0V-3V=3V,由欧姆定律得通过R1的电流I1'===0.3A,通过R2的电流I2'=I1'=0.3A,变阻器R2接入电路的阻值R2'===10Ω<20Ω,此时R1的电功率P1'=U1'I1'=3V×0.3A=0.9W
4. 如图所示,电源电压恒定不变,R1=30Ω,滑动变阻器的最大阻值为20Ω,灯泡L的额定
电压为3V(忽略灯泡电阻的变化),电流表量程为0～0.6A,电压表量程为0～3V.当S、S1、S2都闭合,滑动变阻器滑片移到最右端时,电流表示数为0.5A;当闭合S,断开S1、S2,滑片P位于中点时,灯泡恰好正常发光.求:
(1) 电源电压.
(2) 灯泡的额定功率.
(3) 当S闭合,S1、S2都断开时,电路消耗总功率的最大值和最小值.
(1) 由图知,当S、S1、S2都闭合,滑动变阻器滑片移到最右端时,
R1与R2并联,0.5A=+,解得电源电压U=6V
第4题
(2) 闭合S,断开S1、S2,灯泡L与R2串联,滑片P位于中点时,灯泡正常发光,此时R2两端电压U2=U-UL=6V-3V=3V,R2接入电路的阻值R2'=10Ω,电路中的电流IL=I2==
=0.3A;灯泡的额定功率PL=ULIL=3V×0.3A=0.9W　
(3) 当S闭合,S1、S2都断开时,灯泡L与R2串联接入电路,若当滑动变阻器接入的阻值为0时,则电压表示数为U=6V,而电压表量程为0～3V,所以电压表示数应不大于3V,则电路中的最大电流I=IL=0.3A,所以电路消耗的总功率的最大值P最大=UI=6V×0.3A
=1.8W;当滑动变阻器的滑片在最右端时,电路中电阻最大,电流最小,灯泡的电阻RL
===10Ω,此时电路中电流I'===0.2A,所以电路的最小功率P最小=UI'=6V×0.2A=1.2W

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