Question

6．如圖1所示，電源電壓可調(diào)，小燈泡L的規(guī)格為“6V 3W”．閉合S₁、S₂，滑片從中點(diǎn)移到最右端的過程中，R₂消耗的功率與電流表示數(shù)的關(guān)系如圖2所示，滑片在最右端時(shí)，R₁消耗的功率1.6W．

（1）小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻值；
（2）R₁的阻值；
（3）電流表選用0～0.6A的量程，電壓表選用0～15V的量程．只閉合S₁，在確保電路元件安全的前提下，調(diào)節(jié)滑片能使小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電源電壓的調(diào)節(jié)范圍．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡銘牌，由R=$\frac{{U}^{2}}{P}$計(jì)算燈泡電阻；
（2）閉合S₁、S₂，分析電路，由表中數(shù)據(jù)弄清P₁與P₂的關(guān)系，根據(jù)R=$\frac{P}{{I}^{2}}$計(jì)算電阻；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，利用電源電壓不變，求出變阻器的最大值；只閉合S₁時(shí)，分析電路，根據(jù)燈泡正常工作時(shí)的電流，結(jié)合電壓表所用的量程，求出電源電壓的取值范圍．

解答 解：（1）小燈泡正常發(fā)光，燈泡電阻：R_燈=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω；
（2）由圖可知，滑片從中點(diǎn)移到最右端的過程中，I_中=0.6A，R₂消耗的功率：P₂=$\frac{8}{9}$P₁，由P=I²R可得：
I_中²$\frac{1}{2}$R₂=$\frac{8}{9}$I_右²R₂，解得：I_右=$\frac{2}{3}$I_中=$\frac{2}{3}$×0.6A=0.4A，
可得R₁的阻值：R₁=$\frac{P{'}_{1}}{{I}_{中}^{2}}$=$\frac{1.6W}{（0.4A）^{2}}$=10Ω；
當(dāng)P于中點(diǎn)時(shí)，電源電壓U=I_中（R₁+$\frac{1}{2}$R₂）=0.6A×（10Ω+$\frac{1}{2}$R₂）       ①
當(dāng)P于最右端時(shí)，電源電壓U=I_右（R₁+R₂）=0.4A×（10Ω+R₂）         ②
由①②解得：U=12V，R₂=20Ω．
（3）由題可知，燈泡正常工作時(shí)的電流：I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A＜0.6A，故電路中的最大電流為0.5A，
當(dāng)P于最左端時(shí)，L與R₁串聯(lián)，燈泡L正常發(fā)光時(shí)，電源電壓U_左=I_額（R_燈+R₁）=0.5A×（12Ω+10Ω）=11V，
當(dāng)P于最右端時(shí)，L、R₁、R₂串聯(lián)，燈泡L正常發(fā)光時(shí)，電源電壓U_右=I_額（R_燈+R₁₊R₂）=0.5A×（12Ω+10Ω+20Ω）=21V，
此時(shí)電壓表示數(shù)U'=U_右-U_R1=U_右-I_額R₁=21V-0.5A×10Ω=16V＞15V，故電壓表示數(shù)超過量程，
因此電源電壓最高為：U最大=15V+I_額R₁=15V+0.5A×10Ω=20V．
故電源電壓的變化范圍為11V-20V．
答：（1）小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻值為12Ω；
（2）R₁的阻值為10Ω；
（3）電流表選用0～0.6A的量程，電壓表選用0～15V的量程．只閉合S₁，在確保電路元件安全的前提下，調(diào)節(jié)滑片能使小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電源電壓的調(diào)節(jié)范圍11V-20V．

點(diǎn)評(píng) 本題考查串聯(lián)電路的規(guī)律運(yùn)用，要會(huì)從圖象中獲取信息，正確運(yùn)用歐姆定律，綜合性強(qiáng)，難度大．