Question

如圖所示的電路中，已知R=8Ω，燈泡L標(biāo)有“2V  1W”字樣，電源兩端的電壓和燈絲的電阻均保持不變．當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都斷開時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片P從b端滑到某一位置，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小了4Ω，電流表示數(shù)變化了0.1A，燈泡恰好正常發(fā)光．通過調(diào)節(jié)開關(guān)通斷和變阻器滑片的位置（滑片P在中點(diǎn)和b之間滑動(dòng)），可改就電路消耗的總功率，則此過程中電路消耗總功率的最大差值是    W．

Answer 1

【答案】分析：設(shè)滑動(dòng)變阻器的滑片P從b端滑到某一位置，該位置為c，然后畫出三種情況的等效電路圖：
（1）滑動(dòng)變阻器R_ab接入電路的電阻減小4Ω，電源電壓不變，總電阻減小，電流增大，I_乙=I_甲+0.1A，此時(shí)燈泡正常工作，根據(jù)燈泡的額定電壓和額定功率，求出乙圖中的電流．可以求出甲圖中的電流；根據(jù)甲乙兩個(gè)過程的電源電壓相等列出等式，求出滑動(dòng)變阻器的最大阻值R_ab、R_ac、電源電壓U．
（2）分析電路可知，當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都閉合時(shí)，R與R_ab并聯(lián)，并且滑片在中點(diǎn)時(shí)，電路消耗的總功率最大；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都斷開，滑片在b端時(shí)，電路中的電流最小，電路消耗的總功率最小；根據(jù)P=UI分別求出最大功率和最小功率，即可求出電路消耗總功率的最大差值．
解答：解：當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都斷開時(shí)，滑動(dòng)變阻器在b端時(shí)，燈泡L和滑動(dòng)變阻器的整個(gè)電阻R_ab串聯(lián)在電路中，電路電流為I_甲，如圖甲所示．
當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都斷開時(shí)，滑動(dòng)變阻器R的滑片P從b端滑到某一位置c時(shí)，如圖乙所示．

（1）圖乙中：
此時(shí)燈泡正常工作，I_乙===0.5A，
I_甲=I_乙-0.1A=0.5A-0.1A=0.4A，
燈泡電阻為：R_L===4Ω，
∵電源的電壓不變，
∴I_甲R_甲=I_乙R_乙，
I_甲（R_L+R_ab）=I_乙（R_L+R_ac），
I_甲（R_L+R_ab）=I_乙（R_L+R_ab-4Ω），
0.4A×（4Ω+R_ab）=0.5A×（4Ω+R_ab-4Ω），
所以，R_ab=16Ω，
U=I_甲（R_L+R_ab）=0.4A×（4Ω+16Ω）=8V．
（2）當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都閉合時(shí)，R與R_ab并聯(lián)，滑片在中點(diǎn)時(shí)，電路消耗的總功率最大，
電路中的總電流I=I+I_{中點(diǎn)}=+=+=2A，
電路消耗的最大功率P=UI=8V×2A=16W；
當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都斷開，滑片在b端時(shí)，電路中的電流最小，電路消耗的總功率最小，
電路消耗的最大功率P=UI′=8V×=3.2W；則
此過程中電路消耗總功率的最大差值為16W-3.2W=12.8W．
故答案為：12.8．
點(diǎn)評(píng)：本題屬于比較難的電學(xué)計(jì)算題，本題通過開關(guān)的閉合與斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片變化來完成電路的不同過程，針對(duì)此類習(xí)題，需要弄清幾個(gè)過程，有幾個(gè)過程，畫幾個(gè)電路圖，找各個(gè)過程的不變量，把幾個(gè)過程聯(lián)系起來．不同過程電源電壓相等是常見的一種方法，此方法即簡(jiǎn)單、又常用、又典型．