2. 如图所示的电路中,电源电压恒定,$R_1$为定值电阻,$R_2$为滑动变阻器。闭合开关 S,$R_2$的滑片 P 在某一端点时,两表的示数分别为 0. 2 A 和 3 V;移动滑片 P 到某位置的过程中,两表的示数分别变化了 0. 3 A 和 1. 5 V。下列说法中正确的是(
D
)。

A.电源电压为 4. 5 V
B.电路的总功率最小时,$R_1$与$R_2$接入电路的阻值之比为 3 : 1
C.$R_2$的最大阻值为 20 Ω
D.电流表示数为 0. 4 A 时,$R_1$与$R_2$的功率之比为 1 : 1
解析:
解:
1. 电路分析:$R_1$与$R_2$串联,电压表测$R_2$两端电压,电流表测总电流。
2. 初始状态(滑片在端点):
情况1:滑片在最左端($R_2=0$),则$U=3\, V$,$I=0.2\, A$,但$R_1=U/I=15\,\Omega$,移动滑片后电压表示数增大,与“电压变化$1.5\, V$”矛盾,排除。
情况2:滑片在最右端($R_2=R_{ max}$),此时$U_2=3\, V$,$I_1=0.2\, A$,电源电压$U=I_1R_1+U_2=0.2R_1+3$。
3. 移动滑片后:电流增大$\Delta I=0.3\, A$,$I_2=0.5\, A$,电压表示数减小$\Delta U=1.5\, V$,$U_2'=1.5\, V$,电源电压$U=I_2R_1+U_2'=0.5R_1+1.5$。
4. 求解电源电压与$R_1$:
联立方程:$0.2R_1+3=0.5R_1+1.5$,解得$R_1=5\,\Omega$,$U=4\, V$。
5. $R_2$最大阻值:$R_{ max}=U_2/I_1=3\, V/0.2\, A=15\,\Omega$。
6. 选项判断:
A. 电源电压$U=4\, V$,A错误。
B. 总功率最小对应$R_2=15\,\Omega$,$R_1:R_2=5:15=1:3$,B错误。
C. $R_{ max}=15\,\Omega$,C错误。
D. 电流$I=0.4\, A$时,$U_1=IR_1=2\, V$,$U_2=U-U_1=2\, V$,功率比$P_1:P_2=U_1I:U_2I=1:1$,D正确。
结论:D