初中物理的許多電學綜合題,如果靈活地選取相鄰用電器之間或前、后置電路之間的某種聯(lián)系,如等量、串并聯(lián)特點,比值關(guān)系或題給關(guān)系等,同時掌握一定的解題技巧,就能巧妙地解決這些問題,該方法既是對物理學科本身的有益補充,也是數(shù)理聯(lián)姻必要性的有力佐證,試舉例分析如下:
例1 將一只小燈泡與一只阻值為5Ω的電阻串聯(lián)后,接在電壓為10V的電源上,恰能正常發(fā)光,這時小燈泡的電功率為5W。求:小燈泡的額定電壓是多少?
分析 已知小燈泡的電功率5W,一只阻值為5Ω的電阻及電源電壓為10V,三個已知量是不同性質(zhì)的物理量也不屬于同一部分導體,無法直接解答,但抓住串聯(lián)電路的特點列方程,則可以順利解答。
設燈泡為L,電阻為R2,如圖1所示。
解法1:在串聯(lián)電路中I1=I2,其中
I1=WU1=5U1,I2=U2R2=U-U1R2=10-U15。代入I1=I2得5U1=10-U15。
整理得U21-10U1+25=0,
解得U1=5V。
解法2:在串聯(lián)電路中U=U1+U2,其中U=10V,U1=WI=5I,U2=IR2=I×5。代入U=U1+U2式得:10=5I+5I。整理得I2-2I+1=0,解得I=1A,U1=WI=51=5V。
解法3:在串聞電路中R=R1+R2。其中R=UI=10I,R1=WI2=5I2,R2=5Ω。
代入上式得:10I=5I2+5,整理得I2-2I+1=0(下同解法2)。
另外,還可用和總電功和焦耳定律關(guān)系作出兩種解法,請自解。
例2 如圖2所示,電源電壓不變,燈泡L的額定電壓為9V,當滑動變阻器的滑片P在中點C時,燈泡L正常發(fā)光,燈泡L的電功率為PL;當滑動變阻器的滑片P在b端時,燈泡L的電功率P′L,且PL∶P′L=9∶4。
求:(1)滑動變阻的滑片P到b端時,電壓表的示數(shù)為多少V?(2)電源電壓為多少V?
解 (1)滑片P在中點c時,PL=U2LRL,滑片P在b端時P′L=u′2LRL,所以P1P′L=U2L/RLU′2L/RL=(ULU′L)2=94,得:ULU′L=32。
所以U′L=23UL=23×9V=6V。
(2)解法1:燈L的電阻不變,滑片P在中點c時,RL=ULIc=U′LU/RL+Rc=9(RL+Rc)U,①
滑片P在b端時(Rb=2Rc),Rl=U′LIb=U′LU/RL+Rb=6(RL+2Rc)U。②
由①=②,解得RL=Rc。
當P在中點c時,RL與Rc串聯(lián)IL=Ic,
ULUc=ILRLIcRc=11得UL=Uc=9V。
所以U=UL+Uc=18V。
解法2:滑片P在中點c時,IL=Ic Rc=12Rb,其中IL=ULRL=9RL,Ic=UcRc=U-ULRb/2=U-9Rb/2。所以9RL=2(U-9)Rb。①
同理得P在b端時:6RL=U-6Rb。②
由①∶②,32=2(U-9)U-6,解得:U=18V。
另外,還有其它3種解法,請同學們自解。