Question

7．如圖所示，電源電壓保持不變，定值電阻R=12Ω，滑動變阻器的最大阻值是12Ω，燈泡的額定電功率為2W．求
（1）當只閉合開關S₁，滑動變阻器的滑片P位于最左端a時，電流表的讀數為0.3A，電源電壓U是多少？
（2）保持滑動變阻器滑片位置不變，再閉合開關S₂，燈泡恰好正常發(fā)光，燈泡的電阻R_L是多少？
（3）當斷開S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端，此時燈泡所消耗的電功率P_L是多少？5min內燈泡消耗的電能為多少？

Answer 1

分析 （1）當只閉合開關S₁，滑動變阻器的滑片P位于最左端a時，電路為R的簡單電路，電流表測電路中的電流，根據歐姆定律求出電源的電壓；
（2）保持滑動變阻器滑片位置不變，再閉合開關S₂時，燈泡與R并聯，根據燈泡正常發(fā)光時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P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈泡的電阻；
（3）當斷開S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端b，燈泡與滑動變阻器的最大阻值串聯，根據電阻的串聯和歐姆定律求出電路中的電流，再根據P=I²R求出此時燈泡所消耗的電功率，根據W=Pt求出5min內燈泡消耗的電能．

解答 解：（1）當只閉合開關S₁，滑動變阻器的滑片P位于最左端a時，電路為R的簡單電路，電流表測電路中的電流，
根據歐姆定律可得，電源的電壓：
U=IR=0.3A×12Ω=3.6V；
（2）保持滑動變阻器滑片位置不變，再閉合開關S₂時，燈泡與R并聯，
因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，且燈泡正常發(fā)光，
所以，燈泡的額定電壓U_L額=U=3.6V，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{{U}_{L額}}^{2}}{{P}_{L額}}$=$\frac{（3.6V）^{2}}{2W}$=6.48Ω；
（3）當斷開S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端b，燈泡與滑動變阻器的最大阻值串聯，
因串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，此時電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{ab}}$=$\frac{3.6V}{6.48Ω+12Ω}$=$\frac{15}{77}$A，
此時燈泡所消耗的電功率：
P_L=I²R_L=（$\frac{15}{77}$A）²×6.48Ω=$\frac{1458}{5929}$W≈0.25W，
由P=$\frac{W}{t}$可得，5min內燈泡消耗的電能：
W_L=P_Lt=$\frac{1458}{5959}$W×5×60s≈73.77J．
答：（1）電源電壓為3.6V；
（2）燈泡的電阻為6.48Ω；
（3）當斷開S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端b時燈泡所消耗的電功率為0.25W，5min內燈泡消耗的電能為73.77J．

點評 本題考查了串聯電路和并聯電路特點以及歐姆定律、電功率公式、電功公式的靈活應用，關鍵是開關閉合、斷開時電路串并聯的辨別和知道燈泡正常發(fā)光時的電壓與額定電壓相等．