Question

3．物理小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)器材有：規(guī)格為“6V 1W”A燈泡、“6V 3W”B燈泡、12V的電源、“30Ω 2A”的滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線，另有各種規(guī)格的定值電阻可供任意選用．

（1）為了使兩燈同時(shí)正常發(fā)光，某同學(xué)設(shè)計(jì)了圖甲所示電路，實(shí)驗(yàn)后同組的另一位同學(xué)認(rèn)為該電路不符合要求，請(qǐng)你說(shuō)明該同學(xué)觀點(diǎn)的理由；
（2）該同學(xué)對(duì)原電路進(jìn)行了改進(jìn)，他選擇了一只規(guī)格合適的定值電阻R_o串聯(lián)在原電路中，如圖乙所示，請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算確定該電阻R_o的規(guī)格；
（3）能否再設(shè)計(jì)一種使兩燈同時(shí)正常發(fā)光電路，請(qǐng)你將設(shè)計(jì)的電路圖畫在方框丙中，并通過(guò)計(jì)算回答，乙和丙兩種設(shè)計(jì)的電路哪一種更好，說(shuō)明理由．

Answer 1

分析 （1）由甲圖可知兩燈泡并聯(lián)后與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)分析燈泡兩端的電壓范圍，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)判斷不符合要求之處；
（2）由圖與可知，兩燈泡并聯(lián)后與R₀串聯(lián)，兩燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)P=UI求出兩燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出干路電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R₀兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出R₀的阻值；
（3）比較兩燈泡的額定電流，額定電流較小的燈泡與一個(gè)定值電阻并聯(lián)后與另一個(gè)額定電流較大的燈泡串聯(lián)，此時(shí)電路中的電流為兩燈泡額定電流中較大的，根據(jù)P=UI分別求出乙和丙兩種電路消耗的總功率，從節(jié)約電能的角度進(jìn)行分析得出答案．

解答 解：（1）由圖可知，兩燈泡并聯(lián)后與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，要使兩燈泡工作時(shí)兩端的電壓最大不得超過(guò)6V，
則滑動(dòng)變阻器應(yīng)分壓至少為12V-6V=6V，
因串聯(lián)電路中電阻越大分得的電壓越大，反之越小，
所以，滑動(dòng)變阻器滑片不能隨意向左移，否則燈泡兩端的電壓會(huì)超過(guò)6V，燒壞燈泡；
（2）由圖與可知，兩燈泡并聯(lián)后與R₀串聯(lián)，
由P=UI可得，兩燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流分別為：
I_A=$\frac{{P}_{A}}{{U}_{A}}$=$\frac{1W}{6V}$=$\frac{1}{6}$A，I_B=$\frac{{P}_{B}}{{U}_{B}}$=$\frac{3W}{6V}$=$\frac{1}{2}$A，
因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，
所以，通過(guò)定值電阻R₀的電流：
I₀=I_A+I_B=$\frac{1}{6}$A+$\frac{1}{2}$A=$\frac{2}{3}$A≈0.67A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R₀兩端的電壓：
U₀=U-U_并=12V-6V=6V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，定該電阻R₀的阻值：
R₀=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{6V}{\frac{2}{3}A}$=9Ω，允許通過(guò)的最大電流≥0.67A；
（3）設(shè)計(jì)的電路圖如下圖所示：

當(dāng)兩個(gè)燈泡都正常發(fā)光時(shí)，電路中的電流I=I_B=$\frac{1}{2}$A，
電路消耗的總功率：
P_丙=UI=12V×$\frac{1}{2}$A=6W，
圖乙電路消耗的總功率：
P_乙=UI₀=12V×$\frac{2}{3}$A=8W，
因P_乙＞P_丙，
所以，丙電路設(shè)計(jì)比乙好，同樣都能使兩個(gè)燈泡都正常發(fā)光時(shí)，丙電路設(shè)計(jì)比乙電路設(shè)計(jì)總功率小，工作相同時(shí)間，丙電路比乙電路省電．
答：（1）該電路的滑動(dòng)變阻器滑片不能隨意向左移動(dòng)，否則燈泡兩端電壓會(huì)超過(guò)6V，燒壞燈泡；
（2）電阻R₀的規(guī)格為阻值為9Ω，允許通過(guò)的最大電流≥0.67A；
（3）設(shè)計(jì)的電路圖如上圖所示；丙電路設(shè)計(jì)比乙好，同樣都能使兩個(gè)燈泡都正常發(fā)光時(shí)，丙電路設(shè)計(jì)比乙電路設(shè)計(jì)總功率小，工作相同時(shí)間，丙電路比乙電路省電．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串并聯(lián)電路的設(shè)計(jì)和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用、電路的設(shè)計(jì)以及評(píng)價(jià)，認(rèn)真審題、獲取有用的信息是關(guān)鍵．