熱學(xué)估算,朋友們最怕的題型有兩大類,一個(gè)是電熱檔位問題,還有一個(gè)就是熱學(xué)極值問題。
熱學(xué)極值問題主要包含滑阻極值,用家電或電路的電功率極值問題,電路電壓的極值問題。
下邊這道題,就基本上一次性包含上述的三大極值問題。題目如下:
要作出此題,最關(guān)鍵之處是求出電路電壓極值問題。
求出電路電壓極值,之后求出滑阻極值與電功率極值問題相對簡單。
電路電壓極值的求法是:
1、先求電路電壓最大值。
通過剖析,我們不難發(fā)覺,電路電壓最大值顯然是由那么幾部份的電壓最大值(最大量程)決定:
(1)電壓表A的最大量程,此題中電流表的阻值沒有指明,所以不用考慮。
(2)用家電的標(biāo)牌電壓(額定電壓),此題中燈L標(biāo)有“2.5V1.25W”,通過公式I=P/U可求出用家電燈泡的電壓為0.5A。
(3)還有一個(gè)用家電,就是滑阻,它的標(biāo)牌電壓(額定電壓)是1A。
(4)定值內(nèi)阻兩端的電流表V的最大量程數(shù),此題中的可以看成是定值內(nèi)阻的是燈泡,通過看圖可知,電流表測的不是燈泡的電流,而是滑阻兩端的電流。所以,此題就不用考慮電流表對最大電壓的影響。
假如還有一個(gè)電流表測的是燈泡的電流且阻值是“0~3V”,這么你要注意了,這時(shí)你要做兩步:先依照公式
求出燈泡內(nèi)阻,你將求出燈泡內(nèi)阻R=5Ω,第二步再依照
就可求出通過燈泡的最大電壓值I=3V/5Ω=0.6A。
由上述四項(xiàng)分別求出的電壓,采用“大中取小”的方式最終決定電路電壓的最大值是多少。如上題中,我們從“0.5A”和“1A”中比較中,我取0.5A為電路電壓的最終最大值。
2、再求電路電壓的最小值。
通過剖析,我們不難發(fā)覺,若電路中的電壓最小時(shí),一定是電路中的內(nèi)阻最大的時(shí)侯。
有兩種情況代表內(nèi)阻最大,可分別求出電路電壓最小值:
(1)滑阻標(biāo)牌上標(biāo)注的最大電阻求出電路電壓最小值。
此題中滑阻標(biāo)牌是“20Ω1A”,這說明該滑阻的最大電阻是20Ω。當(dāng)滑阻取20Ω時(shí),最小的電路電壓用下邊的公式求出:

I小=U/(R滑+R燈)
其中R燈早已可用前面的公式求出為5Ω,比這么題通過20Ω求出的I小=4.5V/25Ω=0.18A;
(2)滑阻兩端的電流表最大量程,就代表了滑阻此時(shí)容許的最大值,于是可求出此時(shí)滑阻容許的電壓最小值。
你可能會問,為何滑阻兩端并聯(lián)了電流表的最大量程就代表滑阻有容許的最大值呢?
由于滑阻和燈泡的聯(lián)接是串聯(lián)關(guān)系,依據(jù)串聯(lián)分壓可知,串聯(lián)電路中電阻大的分壓越多。于是,當(dāng)滑阻兩端的電流最大時(shí),也就意味著此時(shí)滑阻的電阻容許的電阻是最大的。所以,當(dāng)聽到滑阻兩端有電流表時(shí)串聯(lián)電路總電阻怎么計(jì)算?,且當(dāng)電流表示數(shù)為最大量程時(shí),也就是決定了滑阻容許的最大電阻,所以串聯(lián)電路總電阻怎么計(jì)算?,此時(shí)用電流表求出的電路電壓值是最小的。
千萬注意的是,此時(shí)電路電壓最小值其實(shí)是由滑阻兩端的電流表的最大量程決定,但因?yàn)榛璧碾娮璨⒉粫缘茫圆⒉荒苤苯忧蟪龌枞菰S的最小電壓值。
于是我們卻想到與滑阻串聯(lián)的燈泡,燈泡與滑阻通過的電壓是相等的,且燈泡的阻值是已知的,R燈=5Ω。所以,只要求出燈泡的電壓,也就是求出電路電壓的最小值。公式如下:
I小=I燈=U燈/R燈=(U-Uv)/R燈
上述公式幫助我們求出的最終最小電壓是I小=(4.5V-3V)/5Ω=0.3A。
由上述兩項(xiàng)分別求出的電壓,采用“小中取大”的方式最終決定電路電壓的最小值是多少。
如上題中,我們從“0.18A”和“0.3A”中比較中,我取0.3A為電路電壓的最終最小值。
【題外話,有中學(xué)生可能會問為何不“小中取小”?朋友們試想一下,若當(dāng)燈泡容許的電壓為0.18A時(shí),電流表的最大量程會被超出,由于按照Uv=U-U燈=U-I小·R燈=4.5V-0.18A·5Ω=3.6V。這很顯著,3.6V早已超過了電流表的最大量程。】
所以,這道題的電路極值(電壓范圍)為0.3~0.5A。
C選項(xiàng)錯誤。
對于A選項(xiàng),涉及的是求用家電的電功率的最小值。
值得注意的是,求用家電的電功率的大小,須要先關(guān)注用家電是串聯(lián)還是并聯(lián)電路中。假如用家電在串聯(lián)電路中,優(yōu)先考慮如下公式:
由公式可以看出,若燈泡的阻值是一定的,決定燈泡消耗電功率的大小的誘因是電壓。所以,在串聯(lián)電路中,當(dāng)電壓最小值時(shí),燈泡消耗的電功率也是最小的。
上題中,我們早已求出電壓最小值是0.3A,因而,此時(shí)燈泡消耗的電功率最小值是P小=0.3A·0.3A·5Ω=0.45W。
A選項(xiàng)因而是錯誤的。
B選項(xiàng)求的是電路總功率的最大值。
求電路總功率與用家電的電功率是有區(qū)別的。由于電路總功率的求法通常用公式:P=UI。在此公式中,總電流U雖然就是電源電流,通常都是不變的且是已知的,電壓的大小是關(guān)鍵。所以說,無論是串聯(lián)電路,還是并聯(lián)電路,總功率的最大值和最小值都是由電壓的最大和最小值決定的。
在此題中,我們早已求出電路電壓的最大值是0.5A,所以,電路總功率P大=U·I大=4.5V·0.5A=2.25W。
B選項(xiàng)因而也是錯誤的。
D選項(xiàng)是求滑阻范圍的。
剛剛我們也說了,滑阻的范圍是由電路電壓的范圍決定的。由公式
R=U/I
可知,當(dāng)電路電壓(也就是總電壓,只不過串聯(lián)電路的電路電壓的大小與各用家電的通過的電壓是相同的)最大值時(shí),電路內(nèi)阻(也就是總內(nèi)阻)是最小的。
同理,當(dāng)電路電壓最小值,應(yīng)該是電路內(nèi)阻(總內(nèi)阻)最大的時(shí)侯。
所以,R大=U/I小=4.5V/0.3A=15Ω,所以,電路的總內(nèi)阻的最大值是15Ω。
則
R滑大=R大-R燈=15Ω-5Ω=10Ω。
我們再用相像的公式求電路總內(nèi)阻的最小值,
R小=U/I大=4.5V/0.5A=9Ω,所以,電路的總內(nèi)阻的最小值是9Ω。
則
R滑小=R小-R燈=9Ω-5Ω=4Ω。
于是,我們求出滑阻的極值(最大值和最小值范圍):4Ω~10Ω。
D選項(xiàng)是對的。
這道題的解題具體過程如下:
為了了解朋友們的把握情況,請?jiān)囍鞒鱿逻叺囊活}:
【不定項(xiàng)選擇題】在如圖所示的電路中,電源電流為4V,電壓表的阻值為“0~0.6A”,電流表的阻值為“0~3V”,小燈泡標(biāo)有“2V1W”字樣(燈的內(nèi)阻不變),滑動變阻器上標(biāo)有“20Ω1A”字樣,閉合開關(guān),在保證電路各器件安全的情況下,下述說法正確的是()
A小燈泡的最小功率為0.36W
B電流表的示數(shù)范圍是1~3V
C滑動變阻器接入電路中的電阻范圍是4~12Ω
D電路總功率變化范圍1~2W
