巧解滑动变阻器引起电表示数变化的物理题

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  关于滑动变阻器类型的电学计算题,在中考及竞赛中常常以选择题或填空题的形式出现.其解法一般较繁,但运用数学知识又可另辟新径.下面结合实例与大家共同探讨.
  例1 (2011全国物理竞赛)如图1所示,电源电压保持不变.闭合开关S,当滑片P置于变阻器的中点时,电压表示数为4 V;当滑片P置于变阻器的b端时,电压表示数变化了2 V,在15 s内定值电阻产生的热量为60 J.则下列结果正确的是
  A.电源电压为10 V
  B.滑动变阻器R的最大阻值为9 Ω
  C.电阻R1的阻值为18 Ω
  D.电阻R1先后两次消耗的电功率之比为16∶9
  解析 当滑片P置于中点时,可得到
  4=U-UR1R1+12R,
  当滑片置于b端时,由题意可得知,示数应增大为6 V,由此可得
  6=U-UR1R1+R,
  定值电阻15 s产生的热量可表示为
  60=15(UR1+R)2R1.
  解 由上面的分析得出方程组
  4=U-UR1R1+12R,
  6=U-UR1R1+R,
  60=15(UR1+R)2R1.
  解这个方程组得
  R1=9 Ω,R=9 Ω,U=12 V.
  又因为P1=(UR1+12R)2R1
  =(12V9 Ω+12×9 Ω)2×9 Ω
  =649 W.
  P2=(UR1+R)2=(12 V9 Ω+9 Ω)2×9 Ω=4 W,
  所以 P1∶P2=649W∶4W=16∶9.
  所以应选B、D.
  例2 (2010年中招乌鲁木齐)如图2所示,电源电压保持不变,定值电阻的阻值是4 Ω,滑动变阻器的最大阻值10 Ω.滑片P置于滑动变阻器的中点时,电压表示数为8 V;当滑
  片从中点向b端移动距离s后,电压表示数为6 V,当滑片从中点向a端移动距离s后,电压表示数为.
  解析 当滑片置于中点时,电压表的示数为8 V,由此可得知电路中的电表为2 A,图为滑动变阻器连入电路的电阻为5 Ω ,由此可知电源电压为18 V,当滑片由中点b端移动距离s后,电压表的示数为6 V,再由此电路中的电流计算出连入电路的阻值8 Ω,即长s的电阻丝电阻为3 Ω,当滑片从中点向A端移动距离s后,连入电路的电阻值为2 Ω,由此时两个电阻值的比,可知电压表的示数为12 V.
  例3 (2010年中招桂林)如图3所示的电路,电源电压保持不变,R1 =10 Ω,当闭合开关S,滑动变阻器滑片P在中点时,电流表的示数为0.3 A;当把滑片p移到最右端时,电流表的示数为0.2 A;则电源电压为V,滑动变阻器的最大阻值为V.
  解析 当电流由0.3 A变化为0.2 A时,由ΔII =ΔRR得R2=20 Ω,由此可知电流电压为6 V,此题也可得根据电源电压不变,列出方程
  0.3(10+12R2)=0.2(10+R2),
  得到R2=20 Ω.
  进而得到电源电压.
  例4 (2008年中招河北)如图4所示电路、电源、电压不变,灯泡L标有“6 V 3 W”字样,当S闭合后,S1、S2断开,滑片P从b端滑到中点时,电流表的示数变化了0.1 A,此时电压表的示数为6 V,保持滑片P的位置不变,闭合S1、S2,电流表的示数又变化了2 A,到电源电压和定值电阻R0的阻值分别为
  A.8 V 16 ΩB.8 V 4 Ω
  C.10 V 16 ΩD.10 V 8 Ω
  解析 当电流表示数变化了0.1 A,此时电压表的示数为6 V,由题意可得到
  (0.5-0.1)(12+R)=0.5(12+12R),
  解得R=8 Ω,
  代入方程左边U=8 V,当闭合S1、S2,电流表的示数又变化了2.5 A,滑动变阻器中电流为2 A,可得R0中的电流为0.5 A,因此R0=16 Ω.
  例5 (2008年河北)如图5所示,电源电压保持不变,R1∶R2=1∶2,只闭合S1时,电流表的示数为0.3 A,R1消耗的功率为P1,只闭合S2时,R0消耗后功
  率为0.8 W,R2消耗的功率为P2,且P1∶P2=9∶8,则下列结果正确的是
  A.电源电压为12 V
  B.R0的阻值为40 Ω
  C.R2的阻值为20 Ω
  D.R0先后两次消耗的功率之比为3∶2
  解析 由题意得
  P1=(0.3 A)2·R1,
  P2=(UR2+R0)2R2,
  因为P1∶P2=9∶8,
  所以UR2+R0=0.2.
  又因为只闭合S2时,R0消耗的功率为0.8 W,
  所以0.8=(UR2+R0)2·R0,
  所以R0=20 Ω.
  只闭合S1时,电流表的示数为0.3 A,得
  事宁人0.3=UR2+20 Ω.(1)
  又因为UR2+R0=0.2 A,
  R2=2R1,
  所以U2R1+20 Ω=0.2 A.(2)
  联立(1)、(2)两式得
  R1=20 Ω, U=12 V,
  所以R2=40 Ω.
  R0先后两次消耗的电功率之比为9∶4,故本题选A.
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