Question

【題目】如圖所示電路，電源電壓18V恒定不變，小燈泡工標(biāo)有“12V”的字樣，滑動變阻器的規(guī)格為“200Ω 1A”，電流表量程“0～0.6A”電壓表量程“0～15V”調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片至某一位置時再閉合開關(guān)，小燈泡L恰好正常發(fā)光，此時電流2s內(nèi)對小燈泡L做功12J，不考慮溫度對電阻的影響。求：

（1）小燈泡L正常發(fā)光時的電流；

（2）滑動變阻器接人電路的阻值在什么范圍時才能保證電路的安全；

（3）小燈泡L兩端電壓為何值時，滑動變阻器消耗的功率最大，最大功率是多少？

Answer 1

【答案】（1）0.5A；（2）12Ω～120Ω；（3）3.375W。

【解析】由電路圖可知，燈泡L與滑動變阻器R串聯(lián)，電壓表測R兩端的電壓，電流表測電路中的電流。

（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)求出小燈泡L正常發(fā)光時的電流；

（2）燈泡正常發(fā)光時電路中的電流最大，滑動變阻器接入電路中的電阻最小，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻和燈泡的電阻，利用電阻的串聯(lián)求出滑動變阻器接入電路中的最小阻值；當(dāng)電壓表的示數(shù)最大時滑動變阻器接入電路中的電阻最大，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出變阻器接入電路中的最大阻值，然后得出滑動變阻器接入電路中的阻值范圍；

（3）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律表示出滑動變阻器消耗的電功率，然后判斷出滑動變阻器消耗最大功率時電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出此時燈泡兩端的電壓，利用串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和求出滑動變阻器消耗的最大功率。

解答：由電路圖可知，燈泡L與滑動變阻器R串聯(lián)，電壓表測R兩端的電壓，電流表測電路中的電流。

（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓UL=12V，t=2s時電流對小燈泡做的功WL=12J，由可得，小燈泡L正常發(fā)光時的電流：；

（2）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，變阻器允許通過的最大電流為1A，所以，電路中的最大電流I大=0.5A，此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，由可得，電路中的總電阻和燈泡的電阻分別為：，，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：，當(dāng)電壓表的示數(shù)UR=15V時，滑動變阻器接入電路中的電阻最大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以，此時燈泡兩端的電壓：，則電路中的最小電流：，則滑動變阻器接入電路中的最大阻值：，則滑動變阻器接人電路的阻值在12Ω～120Ω的范圍時才能保證電路的安全；

（3）滑動變阻器消耗的電功率：當(dāng)時，滑動變阻器消耗的電功率最大，此時燈泡兩端的電壓：，滑動變阻器消耗的最大電功率：。

答：（1）小燈泡L正常發(fā)光時的電流為0.5A；

（2）滑動變阻器接入電路的阻值在12Ω～120Ω的范圍時才能保證電路的安全；

（3）小燈泡L兩端電壓為9V時，滑動變阻器消耗的功率最大，最大功率是3.375W。