Question

2．如圖所示，電源電壓保持不變，定值電阻R=20Ω，滑動(dòng)變阻器的最大阻值是12Ω，燈泡的額定電功率為2W．
（1）當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P位于最左端a時(shí)，電流表的讀數(shù)為O.3A，求：電源電壓U；
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，再閉合開(kāi)關(guān)S₂，燈泡恰好正常發(fā)光，求：燈泡的電阻R_L；（不考慮溫度對(duì)電阻的影響）
（3）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片位于b端時(shí)，如果要讓電路消耗的電功率最小，開(kāi)關(guān)S₁、S₂應(yīng)處于什么狀態(tài)．電路消耗的最小功率為多少？

Answer 1

分析 （1）當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P位于最左端a時(shí)，電路為R的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出電源的電壓；
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，再閉合開(kāi)關(guān)S₂時(shí)，燈泡與R并聯(lián)，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等可知額定電壓，又知道燈泡的額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈泡的電阻；
（3）電路電阻最大時(shí)電路功率最小，根據(jù)電路圖分析答題，然后由串聯(lián)電路特點(diǎn)與電功率公式求出電功率．

解答 解：（1）當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P位于最左端a時(shí)，
電路為R的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，
根據(jù)歐姆定律可得，電源的電壓：
U=IR=0.3A×20Ω=6V；
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，再閉合開(kāi)關(guān)S₂時(shí)，燈泡與R并聯(lián)，
并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，且燈泡正常發(fā)光，
燈泡的額定電壓U_L額=U=6V，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L額}^{2}}{{P}_{L額}}$=$\frac{（6V）^{2}}{2W}$=18Ω；
（3）燈泡小于定值電阻阻值，當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，電路電阻最大，電路消耗的功率最小，
最小功率：P_最小=$\frac{{U}^{2}}{R+{R}_{滑最大}}$=$\frac{（6V）^{2}}{20Ω+12Ω}$=1.125W；
答：（1）電源電壓U為6V；
（2）燈泡的電阻R_L為18歐姆．
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，電路消耗的電功率最小，電路消耗的最小功率為1.125W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)時(shí)電路串并聯(lián)的辨別和知道燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓與額定電壓相等．