Question

11．某同學(xué)在做“調(diào)節(jié)燈泡亮度”的電學(xué)實(shí)驗(yàn)時，電路如圖所示，電源電壓恒為6V，電流表的量程為0～0.6A，電壓表量程“0～3V”，滑動變阻器的規(guī)格為“20Ω　2A”，燈泡L標(biāo)有“3V　0.9W”字樣（忽略燈絲電阻變化）．在實(shí)驗(yàn)中為了保證所有電路元件的安全，下列判斷正確的是（　�。�

• A． 該電路中，變阻器R接入電路的阻值變化范圍為0～20Ω
• B． 該電路消耗的總功率的變化范圍為1.2 W～3.6 W
• C． 該電路中，電流表示數(shù)的變化范圍為0.2 A～0.6 A
• D． 該電路中，電燈消耗功率的變化范圍為0.4 W～0.9 W

Answer 1

分析 由電路圖可知，滑動變阻器R與燈泡L串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）P=UI求出燈泡的額定電流，然后與電流表的量程和滑動變阻器允許通過的最大電流相比較確定電路中的最大電流，此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，燈泡消耗的電功率最大，電路消耗的總功率最大，根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻和電路的最小總電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)求出滑動變阻器接入電路中的最小阻值，然后得出滑動變阻器接入電路中阻值的范圍，根據(jù)P=UI求出該電路的最大功率；
（2）當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻最大時，電路中的電流最小，電路消耗的功率和燈泡消耗的功率最小，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的最小電流，然后確定電流表的變化范圍，根據(jù)P=I²R求出電燈消耗的最小功率，然后確定電燈消耗功率的變化范圍，根據(jù)P=UI求出電路消耗的最小功率，然后確定電燈消耗功率的變化范圍．

解答 解：由電路圖可知，滑動變阻器R與燈泡L串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）由P=UI可得，燈泡正常發(fā)光時的電流：
I_L額=$\frac{{P}_{L額}}{{U}_{L額}}$=$\frac{0.9W}{3V}$=0.3A，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，且電流表的量程為0～0.6A，滑動變阻器允許通過的最大電流為2A，
所以，電流表的最大示數(shù)為I_大=0.3A，
此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，燈泡消耗的電功率0.9W最大，電路消耗的總功率最大，
由I=$\frac{U}{R}$可得，燈泡的電阻和電路的總電阻分別為：
R_L=$\frac{{U}_{L額}}{{I}_{L額}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，R=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，滑動變阻器接入電路中的最小阻值：
R_滑=R-R_L=20Ω-10Ω=10Ω，
滑動變阻器的電阻允許調(diào)節(jié)的范圍是10Ω～20Ω，故A錯誤；
該電路的最大功率：
P_大=UI_大=6V×0.3A=1.8W；
（2）當(dāng)滑動變阻器接入電路中的電阻最大時，電流表的示數(shù)最小，電路消耗的功率和燈泡消耗的功率最小，
此時電路中的電流：
I_小=$\frac{U}{{R}_{L}+R}$=$\frac{6V}{10Ω+20Ω}$=0.2A，
所以，電流表示數(shù)的變化范圍是0.2A～0.3A，故C錯誤；
燈泡消耗的最小功率：
P_L′=I_小²R_L=（0.2A）²×10Ω=0.4W，
所以，電燈消耗功率的變化范圍為0.4W～0.9W，故D正確；
電路消耗的最小功率：
P_小=UI_小=6V×0.2A=1.2W，
所以，該電路消耗的總功率的變化范圍為1.2W～1.8W，故B錯誤．
故選D．

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)燈泡的額定電流和電流表的量程確定電路中的最大電流，對于選擇題并不一定完全解答選項(xiàng)，只要有不正確的地方，本選項(xiàng)即為不正確．