歐姆定律是初三物理的重要知識點,也是物理中考的常考題型,本文就例題詳細解析利用歐姆定律求解滑動變阻器阻值範圍的解題思路和方法,希望能給初三學生的物理學習帶來幫助。
例題
如圖所示,電源電壓可調,小燈泡上標有「6V 0.5A」的字樣(不考慮溫度對燈泡電阻的影響),電流表量程:0~0.6A,電壓表量程:0~3V,滑動變阻器規格為「20Ω 1A」。
(1)電源電壓調至6V,閉合開關S1和S2,移動滑動變阻器滑片P,使小燈泡正常發光,電流表示數為0.6A,則電壓表的示數是多少?R0的阻值是多少?(2)電源電壓調至8V,斷開開關S1,閉合開關S2,為了保證電路安全,求滑動變阻器的阻值變化範圍。
1、求電壓表的示數,R0的阻值
閉合開關S1、S2
電路構成為:燈泡L和滑動變阻器串聯後,再與電阻R0並聯的電路,電流表測的是幹路電流,電壓表測的是滑動變阻器兩端電壓。
根據題目中的條件:小燈泡上標有「6V 0.5A」的字樣,則燈泡L的額定電壓U額=6V, 額定電流I額=0.5A;
根據歐姆定律和結論:U額=6V,I額=0.5A,則燈泡L的電阻R燈=U額/I額=12Ω;
根據題目中的條件和結論:小燈泡正常發光,則I額=0.5A,U額=6V,即燈泡L這一支路的電流I1=I額=0.5A,燈泡兩端電壓U1=U額=6V;
根據題目中的條件:電流表示數為0.6A,則幹路電流I=0.6A;
根據並聯電路的特點和結論:並聯電路中幹路電流等於各支路電流之和,I=I1+I0,I=0.6A,I1=0.5A,則電阻R0這一支路的電流I0=0.1A;
根據串聯電路的特點,題目中的條件和結論:串聯電路的種電壓等於各部分電路的兩端電壓之和,U=U1+U2,電源電壓U=6V,U1=6V,則滑動變阻器兩端電壓U2=0;
根據結論:電壓表測的是滑動變阻器兩端電壓,U2=0,則電壓表的示數為0;
根據並聯電路的特點和結論:並聯電路各支路兩端的電壓相等,U0=U,U=6V,則R0兩端的電壓U0=6V;
根據歐姆定律和結論:R0=U0/I0,U0=6V,I0=0.1A,則R0=60Ω;
所以,電壓表的示數為0,R0的阻值為60Ω。
2、求滑動變阻器的阻值變化範圍
斷開開關S1,閉合開關S2
電路構成為:燈泡L與滑動變阻器的串聯電路,電流表測的是總電流,電壓表測的是滑動變阻器兩端電壓。
根據歐姆定律:R=U/I,R=R燈+R滑,則R滑=U/I-R燈,在電源電壓一定的條件下,當總電流I越大,滑動變阻器電阻R滑越小,當總電流I越小,滑動變阻器電阻R滑越大;
根據題目中的條件:燈泡的額定電流為0.5A,電流表量程:0~0.6A,滑動變阻器的額定電流為1A,則此電路中的最大通過電流I'=0.5A;
根據歐姆定律、題目中的條件和結論:電源電壓U'=8V,I'=0.5A,則電路中的最小總電阻R'=U'/I'=16Ω;
根據串聯電路的特點和結論:串聯電路中的總電阻等於各部分電阻之和,R'=R燈+R,R'=16Ω,R燈=12Ω,則滑動變阻器的最小電阻R=4Ω;
根據題目中的條件:電壓表量程:0~3V,則電壓表的示數最大值為3V,即滑動變阻器兩端電壓最大值U2'=3V;
根據串聯電路的特點和結論:串聯電路中的總電壓等於各部分電路兩端的電壓之和, U'=U燈'+U2',U'=8V,U2'=3V,則燈泡兩端的電壓最小值U燈'=5V;
根據歐姆定律和結論:R燈=U燈'/I燈',U燈'=5V,R燈=12Ω,則流過燈泡的電流最小值I燈'=5/12A;
根據串聯電路的特點:串聯電路中的電流處處相等,I2'=I燈',I燈'=5/12A,則電路中總電流的最小值I2'=5/12A,此時滑動變阻器的電阻為最大值;
根據歐姆定律和結論:R'=U2'/I2',U2'=3V,I2'=5/12A,則滑動變阻器的最大電阻R'=7.2Ω;
根據題目中的條件:滑動變阻器規格為「20Ω 1A」,滑動變阻器的最小電阻R=4Ω,滑動變阻器的最大電阻R'=7.2Ω,則滑動變阻器的阻值變化範圍為4~7.2Ω。
結語
滑動變阻器的阻值範圍需要綜合考慮電路中電壓、電流等多種因素,因此在解題時,必須仔細分析其中的內在邏輯關係,並靈活運用串並聯電路特點和歐姆定律,只有認真審題,思路總結,才能順利應對這類題型,為物理中考取得高分加油助力。