Question

如圖所示，電源電壓保持不變，小燈泡L的規(guī)格為”3V 1.5W”，定值定值R₁=5Ω，滑動(dòng)變阻器R₂的最大阻值為12Ω，電流表的量程為0～3A．
（1）閉合開關(guān)S₂、斷開S₁、S₃，當(dāng)滑片P處于ab的中點(diǎn)時(shí)，小燈泡L恰能正常發(fā)光，求電源電壓．
（2）在什么情況下整個(gè)電路的電功率最��？在此情況下，燈泡工作10min消耗的電能是多少？

Answer 1

解：（1）由燈泡銘牌可知，燈泡額定電壓U_L額=3V，額定功率P_L額=1.5W，
∵P=UI，∴燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流I===0.5A，
由電路圖可知，閉合開關(guān)S₂，斷開S₁、S₃時(shí)，
燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，等效電路圖如圖甲所示，
當(dāng)滑片P處于a、b的中點(diǎn)時(shí)，小燈泡L恰能正常發(fā)光，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑===6Ω；
∵I=，∴滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=IR_滑=0.5A×6Ω=3V，
電源電壓U=U_滑+U_L額=3V+3V=6V；
（2）∵P=，∴燈泡電阻R_L===6Ω；
由電路圖可知，當(dāng)開關(guān)S₂閉合、S₁、S₃斷開、滑片P處于b點(diǎn)時(shí)，
燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，此時(shí)電路總電阻最大，
等效電路圖如圖乙所示；
由P=可知此時(shí)整個(gè)電流的功率最小，
此時(shí)電路電流I===A，
燈泡在t=10min=600s內(nèi)消耗的電能W=I²R_Lt=（A）²×6Ω×600s=400J．
答：（1）電源電壓是6V．
（2）燈泡工作10min消耗的電能是400J．
分析：（1）由電路圖可知，閉合開關(guān)S₂，斷開S₁、S₃時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，燈泡正常發(fā)光，由電功率的變形公式求出電路電流，然后由串聯(lián)電路特點(diǎn) 及歐姆定律求出電源電壓．
（2）電源電壓一定，由P=可知，電路電阻最大時(shí)，電路消耗的總功率最小，分析清楚電路結(jié)構(gòu)，找出電路電阻最大的條件，然后由電功公式求出燈泡10min消耗的電能．
點(diǎn)評(píng)：本題是一道電學(xué)綜合計(jì)算題，分析清楚電路結(jié)構(gòu)是正確解題的前提，熟練應(yīng)用電功率公式的變形公式、串聯(lián)電路特點(diǎn)、電功公式即可正確解題．