Question

14．如圖所示，電源電壓U為6V并保持不變，滑動變阻器規(guī)格為“24Ω   lA”．當滑片P移至最左端時，燈泡正常發(fā)光，電流表示數(shù)0.5A；當滑片P移至中點時，電流表示數(shù)為0.3A．
（l）燈泡正常發(fā)光時燈絲電阻多大？
（2）滑片P在最左端時，5min內(nèi)電流通過燈泡做功多大？
（3）滑片P在中點時，燈泡的實際功率多大？
（4）若電源電壓提高到9V為使燈泡安全工作，R的滑片能自由滑動，且滑片P滑到某一端時燈泡能正常發(fā)光，應(yīng)采取怎樣的保護措施？請具體說明．

Answer 1

分析 （1）當滑片P移至最左端時，電路為燈泡的簡單電路，電流表測電路中的電流，此時燈泡正常發(fā)光，根據(jù)歐姆定律求出燈絲電阻；
（2）滑片P在最左端時，根據(jù)W=UIt求出5min內(nèi)電流通過燈泡做的功；
（3）滑片P在中點時，根據(jù)歐姆定律求出滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，根據(jù)P=UI求出燈泡的實際功率；
（4）根據(jù)題意確定滑動變阻器的位置，然后根據(jù)歐姆定律的變形公式求出電路中的R₂的電阻．

解答 解：
（1）當滑片P移至最左端時，電路為燈泡的簡單電路，電流表測電路中的電流，此時燈泡正常發(fā)光，
則小燈泡的電壓等于電源的電壓，即U_L=U=6V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，燈絲電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω；
（2）滑片P在最左端時，5min內(nèi)電流通過燈泡做的功：
W_L=UI_Lt=6V×0.5A×5×60s=900J；
（3）滑片P在中點時，電流表示數(shù)為0.3A，
滑動變阻器兩端的電壓：
U_滑=IR_滑=0.3A×$\frac{1}{2}$×24Ω=3.6V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各電壓之和，
所以，燈泡兩端的電壓：
U_L′=U-U_滑=6V-3.6V=2.4V，
燈泡的實際功率：
P_L=U_L′I=2.4V×0.3A=0.72W；
（4）根據(jù)題意可知，電源電壓提高到9V為使燈泡安全工作，R的滑片能自由滑動，且只有滑片P滑到左端時燈泡能正常發(fā)光，
燈泡正常發(fā)光，則U_L=6V，此時多出的電壓：△U=U-U_L=9V-6V=3V，
由題意可知，應(yīng)串聯(lián)一個電阻分去3V的電壓；
滑片P滑到左端時，變阻器接入電路的阻值為0，根據(jù)串聯(lián)電流相等可得：$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{△U}{R′}$，
代入數(shù)據(jù)可得$\frac{6V}{12Ω}$=$\frac{3V}{R′}$，解得R′=6Ω，
采取串聯(lián)分壓的保護措施，在電路中串聯(lián)一個6Ω的電阻．
答：（1）燈泡正常發(fā)光時燈絲電阻為12Ω；
（2）滑片P在最左端時，5min內(nèi)電流通過燈泡做功為900J；
（3）滑片P在中點時，燈泡的實際功率為0.72W；
（4）采取串聯(lián)分壓的保護措施，在電路中串聯(lián)一個6Ω的電阻．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率的公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是知道燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等．