Question

2．如圖所示，小燈泡額定電壓為3V，小燈泡的I-U圖象如圖所示，R₂的電阻為3Ω，電壓表的路程為0-3V，電流表的量程為0-0.6A．

（1）小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻多大？
（2）若只閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂，小燈泡正常工作，求電源電壓；
（3）閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃，要保證所有元件安全，滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)范圍．

Answer 1

分析 （1）由圖象找出燈正常發(fā)光時(shí)的電流，根據(jù)歐姆定律求燈的電阻；
（2）分析電路的連接，由燈的正常發(fā)光，由歐姆定律求R₂的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律歐姆定律求電源電壓；
（3）分析電路的連接，確定電路的最大電流，根據(jù)歐姆定律和電阻的串聯(lián)確定變阻器的最小電阻；
根據(jù)電壓表的最大示數(shù)求變阻器的最大電阻．

解答 解：（1）如圖所示，小燈泡額定電壓為3V，小燈泡的I-U圖象如圖所示，可知，燈的額定電流為0.5A，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}=\frac{3V}{0.5A}$=6Ω；
（2）若只閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂，R₂與燈串聯(lián)，電壓表測(cè)R₂的電壓，電流表測(cè)電路中的電流，小燈泡正常工作，燈的電壓為額定電壓3V，由圖知，此時(shí)燈的電流為I_L=0.5A，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，即通過(guò)R₂的電流，由I=$\frac{U}{R}$，
R₂的電壓：
U₂=I_L×R₂=0.5A×3Ω=1.5V，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，電源電壓：
U=U_L+U₂=3V+1.5V=4.5V；
（3）閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃，R₁與燈串聯(lián)，電壓表測(cè)R₁的電壓，電流表測(cè)電路中的電流，因燈的額定電流小于0.6A，故電路中最大電流：
I_大=0.5A，此時(shí)燈的電阻為正常發(fā)光時(shí)的電阻，
此時(shí)電路的最小電阻：
R_最小=$\frac{U}{{I}_{最大}}=\frac{4.5V}{0.5A}$=9Ω，根據(jù)電阻的串聯(lián)，變阻器連入電路中的電阻最小為：
R_滑小=9Ω-6Ω=3Ω，
當(dāng)電壓表示數(shù)最大為3V時(shí)，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中電阻最大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈的電壓：
U_燈=4.5V-3V=1.5V，
由圖知通過(guò)的電流I′_L=0.3A，變阻器連入電路中的電阻大�。�
R_滑大=$\frac{{U}_{最大}}{{I′}_{L}}=\frac{1.5V}{0.3A}$=5Ω，
即要保證所有元件安全，滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)范圍為3Ω-5Ω．
答：（1）小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻是6Ω；
（2）若只閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂，小燈泡正常工作，電源電壓為4.5V；
（3）閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃，要保證所有元件安全，滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)范圍3Ω-5Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律 的運(yùn)用，關(guān)鍵是正確分析電路的連接，判斷變阻器接入電路中電阻有最大、小值的條件．