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3.某興趣小組同學設計了如圖甲所示的電路圖進行實驗探究,電源為可調壓直流學生電源,電壓表量程為“0~15V”,電流表量程為“0~0.6A”,小燈泡標有“6V  12W”字樣,R0為20Ω的定值電阻.小組根據記錄的電流表和電壓表示數變化,描繪出U-I關系圖,如圖乙所示.則:
(1)燈泡正常發(fā)光時的電阻?
(2)當電壓表示數為3V時,電阻R0在2分鐘內消耗的電能?
(3)調節(jié)電源電壓,燈泡與定值電阻R0消耗的總功率為0.8W時,燈泡的實際電功率?

分析 (1)知道燈泡的額定電壓和額定功率,可利用公式R=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$計算出燈泡正常發(fā)光時的電阻.
(2)從甲圖可知,小燈泡與電阻R0并聯(lián),電壓表測量的是電源電壓,根據并聯(lián)電路電壓的特點可以知道各支路兩端電壓,知道電阻R0的阻值,所以根據I=$\frac{U}{R}$即可求出通過電阻R0的電流,又知道通電時間,可利用公式Q=I2Rt計算2分鐘電阻R0產生的熱量.
(3)從乙圖中讀出電路消耗的功率為0.8W時,對應的電壓表和電流表示數,進而可求出通過定值電阻的電流大小,根據并聯(lián)電路的電流特點,進一步可求出通過燈泡的電流大小,然后根據P=UI計算出其實際功率.

解答 解:
(1)由題意可知U=6V,P=1.2W,
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得燈泡正常發(fā)光時的電阻為:
R=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{{(6V)}^{2}}{12W}$=3Ω;
(2)從甲圖可知,小燈泡與電阻R0并聯(lián),
當電壓表的示數為3V,即U=UL=U0=3V,
而R0=20Ω,
所以通過R0的電流為:I0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A,
2min電阻R0產生的熱量為:Q=I02R0t=(0.15A)2×20Ω×2×60s=54J;
(3)當電路消耗的總功率為0.8W,由P=UI,從乙圖中可以看出,電流表和電壓表的示數為0.4A和2V;
此時通過定值電阻R0的電流為:I0′=$\frac{U′}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A,
通過燈泡的電流為:IL′=I-I0′=0.4A-0.1A=0.3A,
所以燈泡的實際功率為:PL實=U′IL′=2V×0.3A=0.6W.
答:(1)燈泡正常發(fā)光時的電阻是3Ω;
(2)當電壓表示數為3V時,電阻R0在2min內消耗的電能是54J;
(3)小燈泡與定值電阻R0消耗的總功率為0.8W時,小燈泡的實際電功率為0.6W.

點評 知道并聯(lián)電路的特點,會根據電功率的計算公式計算電阻和實際功率,并且能夠熟練應用歐姆定律.要注意的是,在(3)題中,若直接根據燈泡正常發(fā)光時的電阻進行計算,就忽略了溫度對于燈絲阻值的影響,這樣的解法是不正確的.

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