Question

6．如圖所示電路，電源電壓恒為8V，燈泡L上標有“6V 3W”字樣，已知滑動變阻器R的最大電阻為20Ω，電壓表的量程為0-15V．若燈泡電阻恒定不變，開關(guān)S閉合時：
（1）當滑動變阻器接入電路電阻為多大時，燈泡L正常發(fā)光？
（2）當滑動變阻器滑片調(diào)到某一位置時，電壓表示數(shù)為4V，此時燈泡L的實際電功率多大？（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）
（3）在不超過燈泡額定功率的情況下，燈泡的實際可調(diào)節(jié)的功率范圍多大？

Answer 1

分析 由電路圖可知，燈泡L與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測L兩端的電壓．
（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點和P=UI求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出變阻器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻；
（2）根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電壓表示數(shù)為4V時燈泡L的實際電功率；
（3）當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時電路中的電流最小，燈泡的實際功率最小，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)P=I²R求出燈泡的最小實際功率，燈泡的最大功率和額定功率相等，然后得出燈泡的實際可調(diào)節(jié)的功率范圍．

解答 解：由電路圖可知，燈泡L與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測L兩端的電壓．
（1）因串聯(lián)電路中各處的電流相等，且燈泡正常發(fā)光，
所以，由P=UI可得，電路中的電流：
I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動變阻器兩端的電壓：
U_R=U_總-U_L=8V-6V=2V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器接入電路的電阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（2）燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω，
當電壓表示數(shù)為4V時，燈泡L的實際電功率：
P_實=$\frac{{{U}_{實}}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{（4V）^{2}}{12Ω}$≈1.33W；
（3）當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時，電路中的電流最小，燈泡的實際功率最小，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的最小電流：
I_小=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{大}}$=$\frac{8V}{12Ω+20Ω}$=0.25A，
燈泡的最小實際功率：
P_L小=I_小²R_L=（0.25A）²×12Ω=0.75W，
燈泡的最大實際功率和額定功率相等，即為3W，
則燈泡的實際可調(diào)節(jié)的功率范圍為0.75W～3W．
答：（1）當滑動變阻器接入電路電阻為4Ω時，燈泡L正常發(fā)光；
（2）當滑動變阻器滑片調(diào)到某一位置時，電壓表示數(shù)為4V，此時燈泡L的實際電功率為1.33W；
（3）在不超過燈泡額定功率的情況下，燈泡的實際可調(diào)節(jié)的功率范圍為0.75W～3W．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用，要注意燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等．