Question

某同學利用圖a所示的電路研究“外電路電阻變化與外電路消耗功率的關系”。電壓表與電流表可視為理想電表。當滑動變阻器的阻值改變時，電壓表與電流表示數也會隨之改變。

（1）某同學在實驗中測出了6組數據，如下表所示，請在圖b中的坐標紙上畫出電壓隨電流變化的U－I圖線。

I（A）	0.80	1.20	1.60	2.00	2.40	2.80
U（V）	2.60	2.40	2.20	2.00	1.80	1.60

 

（2）根據實驗得到的U－I圖像，可知滑動變阻器在電路中消耗的最大功率是________W。此時變阻器的電阻為________Ω。
（3）現有兩個小燈泡L₁、L₂，它們分別標有“4V、3W”、“3V、3W”的字樣，兩個電阻箱，一個電鍵，與圖a中相同的電源多個（只能串聯使用，已知：串聯電源的電動勢是每個電源電動勢之和，串聯電源的內電阻是每個電源內電阻之和）。請設計一個電路，使兩燈泡同時正常工作，且電路總功率最小，請在方框內畫出電路圖，并在圖中標出兩電阻箱應取的阻值。

Answer 1

（1）如圖b

（2）4.5 W；0.5 Ω。
（3）

解：（1）根據表格中的數據畫出外電路電阻的伏安特性曲線圖如下所示。

（2）根據實驗得到的U－I圖像，當外電阻流過的電流為時，其兩端電壓為,可知滑動變阻器在電路中消耗的最大功率是
，
此時電阻為；
（3）根據題意，兩燈泡同時正常工作，且電路總功率最小的電路圖如下所示，

兩個小燈泡L₁、L₂，它們分別標有“4V、3W”、“3V、3W”的字樣。若要使兩燈泡同時正常工作，此時燈L₁流過的電流，燈L₂流過的電流，根據串并聯電路電壓知識可知燈泡L₁、L₂ 應選擇串聯，電路電流，但是又要保證電路總功率最小，則燈應和一個電阻箱并聯，讓電阻箱分擔燈的多余電流，而此時電路路端電壓為7.0V，根據上面分析一個電源的電動勢為3.0V，因此應串聯3個這樣的電源，所以本題電源電動勢為，內阻為，電源內阻r兩端的電壓為，
所以還需要串聯一個電阻箱分擔剩下的電壓,綜上分析可得：
電阻箱的電阻為,
電阻箱的電阻，