热学估算,朋友们最怕的题型有两大类,一个是电热档位问题,还有一个就是热学极值问题。
热学极值问题主要包含滑阻极值,用家电或电路的电功率极值问题,电路电压的极值问题。
下边这道题,就基本上一次性包含上述的三大极值问题。题目如下:
要作出此题,最关键之处是求出电路电压极值问题。
求出电路电压极值,之后求出滑阻极值与电功率极值问题相对简单。
电路电压极值的求法是:
1、先求电路电压最大值。
通过剖析,我们不难发觉,电路电压最大值显然是由那么几部份的电压最大值(最大量程)决定:
(1)电压表A的最大量程,此题中电流表的阻值没有指明,所以不用考虑。
(2)用家电的标牌电压(额定电压),此题中灯L标有“2.5V1.25W”,通过公式I=P/U可求出用家电灯泡的电压为0.5A。
(3)还有一个用家电,就是滑阻,它的标牌电压(额定电压)是1A。
(4)定值内阻两端的电流表V的最大量程数,此题中的可以看成是定值内阻的是灯泡,通过看图可知,电流表测的不是灯泡的电流,而是滑阻两端的电流。所以,此题就不用考虑电流表对最大电压的影响。
假如还有一个电流表测的是灯泡的电流且阻值是“0~3V”,这么你要注意了,这时你要做两步:先依照公式
求出灯泡内阻,你将求出灯泡内阻R=5Ω,第二步再依照
就可求出通过灯泡的最大电压值I=3V/5Ω=0.6A。
由上述四项分别求出的电压,采用“大中取小”的方式最终决定电路电压的最大值是多少。如上题中,我们从“0.5A”和“1A”中比较中,我取0.5A为电路电压的最终最大值。
2、再求电路电压的最小值。
通过剖析,我们不难发觉,若电路中的电压最小时,一定是电路中的内阻最大的时侯。
有两种情况代表内阻最大,可分别求出电路电压最小值:
(1)滑阻标牌上标注的最大电阻求出电路电压最小值。
此题中滑阻标牌是“20Ω1A”,这说明该滑阻的最大电阻是20Ω。当滑阻取20Ω时,最小的电路电压用下边的公式求出:
I小=U/(R滑+R灯)
其中R灯早已可用前面的公式求出为5Ω,比这么题通过20Ω求出的I小=4.5V/25Ω=0.18A;
(2)滑阻两端的电流表最大量程,就代表了滑阻此时容许的最大值,于是可求出此时滑阻容许的电压最小值。
你可能会问,为何滑阻两端并联了电流表的最大量程就代表滑阻有容许的最大值呢?
由于滑阻和灯泡的联接是串联关系,依据串联分压可知,串联电路中电阻大的分压越多。于是,当滑阻两端的电流最大时,也就意味着此时滑阻的电阻容许的电阻是最大的。所以,当听到滑阻两端有电流表时串联电路总电阻怎么计算?,且当电流表示数为最大量程时,也就是决定了滑阻容许的最大电阻,所以串联电路总电阻怎么计算?,此时用电流表求出的电路电压值是最小的。
千万注意的是,此时电路电压最小值其实是由滑阻两端的电流表的最大量程决定,但因为滑阻的电阻并不晓得,所以并不能直接求出滑阻容许的最小电压值。
于是我们却想到与滑阻串联的灯泡,灯泡与滑阻通过的电压是相等的,且灯泡的阻值是已知的,R灯=5Ω。所以,只要求出灯泡的电压,也就是求出电路电压的最小值。公式如下:
I小=I灯=U灯/R灯=(U-Uv)/R灯
上述公式帮助我们求出的最终最小电压是I小=(4.5V-3V)/5Ω=0.3A。
由上述两项分别求出的电压,采用“小中取大”的方式最终决定电路电压的最小值是多少。
如上题中,我们从“0.18A”和“0.3A”中比较中,我取0.3A为电路电压的最终最小值。
【题外话,有中学生可能会问为何不“小中取小”?朋友们试想一下,若当灯泡容许的电压为0.18A时,电流表的最大量程会被超出,由于按照Uv=U-U灯=U-I小·R灯=4.5V-0.18A·5Ω=3.6V。这很显著,3.6V早已超过了电流表的最大量程。】
所以,这道题的电路极值(电压范围)为0.3~0.5A。
C选项错误。
对于A选项,涉及的是求用家电的电功率的最小值。
值得注意的是,求用家电的电功率的大小,须要先关注用家电是串联还是并联电路中。假如用家电在串联电路中,优先考虑如下公式:
由公式可以看出,若灯泡的阻值是一定的,决定灯泡消耗电功率的大小的诱因是电压。所以,在串联电路中,当电压最小值时,灯泡消耗的电功率也是最小的。
上题中,我们早已求出电压最小值是0.3A,因而,此时灯泡消耗的电功率最小值是P小=0.3A·0.3A·5Ω=0.45W。
A选项因而是错误的。
B选项求的是电路总功率的最大值。
求电路总功率与用家电的电功率是有区别的。由于电路总功率的求法通常用公式:P=UI。在此公式中,总电流U虽然就是电源电流,通常都是不变的且是已知的,电压的大小是关键。所以说,无论是串联电路,还是并联电路,总功率的最大值和最小值都是由电压的最大和最小值决定的。
在此题中,我们早已求出电路电压的最大值是0.5A,所以,电路总功率P大=U·I大=4.5V·0.5A=2.25W。
B选项因而也是错误的。
D选项是求滑阻范围的。
刚刚我们也说了,滑阻的范围是由电路电压的范围决定的。由公式
R=U/I
可知,当电路电压(也就是总电压,只不过串联电路的电路电压的大小与各用家电的通过的电压是相同的)最大值时,电路内阻(也就是总内阻)是最小的。
同理,当电路电压最小值,应该是电路内阻(总内阻)最大的时侯。
所以,R大=U/I小=4.5V/0.3A=15Ω,所以,电路的总内阻的最大值是15Ω。
则
R滑大=R大-R灯=15Ω-5Ω=10Ω。
我们再用相像的公式求电路总内阻的最小值,
R小=U/I大=4.5V/0.5A=9Ω,所以,电路的总内阻的最小值是9Ω。
则
R滑小=R小-R灯=9Ω-5Ω=4Ω。
于是,我们求出滑阻的极值(最大值和最小值范围):4Ω~10Ω。
D选项是对的。
这道题的解题具体过程如下:
为了了解朋友们的把握情况,请试着作出下边的一题:
【不定项选择题】在如图所示的电路中,电源电流为4V,电压表的阻值为“0~0.6A”,电流表的阻值为“0~3V”,小灯泡标有“2V1W”字样(灯的内阻不变),滑动变阻器上标有“20Ω1A”字样,闭合开关,在保证电路各器件安全的情况下,下述说法正确的是()
A小灯泡的最小功率为0.36W
B电流表的示数范围是1~3V
C滑动变阻器接入电路中的电阻范围是4~12Ω
D电路总功率变化范围1~2W