Question

在如圖所示的電路中，已知R=24Ω，燈泡L標有“6V  3W”字樣，電源兩端的電壓和燈絲的電阻均保持不變．當開關S₁、S₂都斷開時，滑動變阻器R的滑片P從b端滑到某一位置c時（圖中未標出），滑動變阻器R接入電路的電阻減小6Ω，電流表示數(shù)變化了0.1A，燈泡恰好正常發(fā)光．當開關S₁、S₂都閉合時，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P的位置（滑片P不接觸a端），電路消耗的總功率的最小值為    W．

Answer 1

【答案】分析：先畫出三種情況的等效電路圖：
（1）滑動變阻器R_ab接入電路的電阻減小6Ω，電源電壓不變，總電阻減小，電流增大，I_乙=I_甲+0.1A，此時燈泡正常工作，根據(jù)燈泡的額定電壓和額定功率，求出乙圖中的電流．可以求出甲圖中的電流；根據(jù)甲乙兩個過程的電源電壓相等列出等式，求出滑動變阻器的最大阻值R_ab、R_ac、電源電壓U．
（2）閉合開關S₁、S₂，R與滑動變阻器并聯(lián)，要使電路功率最小，電源電壓一定，電路總電流最小，總電阻最大，R是定值電阻，滑動變阻器連入電路的阻值最大時，電路總電阻最大，求各支路電流，求總電流，求出消耗的最小功率．
解答：解：當開關S₁、S₂都斷開時，滑動變阻器在b端時，燈泡L和滑動變阻器的整個電阻R_ab串聯(lián)在電路中，電路電流為I_甲，如圖甲所示．
當開關S₁、S₂都斷開時，滑動變阻器R的滑片P從b端滑到某一位置c時，如圖乙所示．

（1）圖乙中：
此時燈泡正常工作，I_乙===0.5A，
I_甲=I_乙-0.1A=0.5A-0.1A=0.4A，
燈泡電阻為：R_L===12Ω，
∵電源的電壓不變，
∴I_甲R_甲=I_乙R_乙，
I_甲（R_L+R_ab）=I_乙（R_L+R_ac），
I_甲（R_L+R_ab）=I_乙（R_L+R_ab-6Ω），
0.4A×（12Ω+R_ab）=0.5A×（12Ω+R_ab-6Ω），
所以，R_ab=18Ω，R_ac=12Ω，
U=I_甲（R_L+R_ab）=0.4A×（12Ω+18Ω）=12V．
（2）當開關S₁、S₂都閉合時，R與R_ab并聯(lián)時，電路消耗的總功率最小，如圖丙所示：
電路中的總電流I=I+I_ab=+=+=A，
電路消耗的最小功率P=UI=12V×A=14W．
故答案為：14．
點評：本題屬于比較難的電學計算題，本題通過開關的閉合與斷開，滑動變阻器的滑片變化來完成電路的不同過程，針對此類習題，需要弄清幾個過程，有幾個過程，畫幾個電路圖，找各個過程的不變量，把幾個過程聯(lián)系起來．不同過程電源電壓相等是常見的一種方法，此方法即簡單，又常用，又典型．