Question

18．在做“調(diào)節(jié)燈泡亮度”的電學(xué)實驗時，電路如圖所示．電源電壓恒為4.5V，電壓表量程“0～3V”，滑動變阻器規(guī)格“20Ω  lA”，燈泡L標有“2.5V  1.25W”字樣（忽略燈絲電阻變化）；在不損壞電路元件的情況下，下列判斷正確的是（　�。�

• A． 燈泡兩端的最大電壓是1.5V
• B． 滑動變阻器阻值變化的范圍是2.5Ω～10Ω
• C． 燈泡實際功率的變化范圍是0.45W～1.25W
• D． 該電路中總功率變化范圍是0.81W～4.05W

Answer 1

分析 由電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓．
（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點可知，電路中的最大電流為燈泡額的電流和滑動變阻器允許通過最大電流中較小的一個，根據(jù)P=UI求出電路的最大總功率，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點和歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的最小阻值；
（2）當電壓表的示數(shù)為3V時，電路中的電流最小，燈泡的功率最小，滑動變阻器接入電路中的電阻最大，電路的總功率最小，利用歐姆定律求出燈泡的電阻，利用串聯(lián)電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，利用歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的最小功率，根據(jù)歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的最大阻值即可得出滑動變阻器阻值變化的范圍，根據(jù)P=UI求出電路的最小總功率，然后得出總功率的變化范圍．

解答 解：由電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓．
（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓為2.5V，功率為1.25W，
因串聯(lián)電路總電壓等于各分電壓之和，
所以，此時電壓表的示數(shù)U_滑=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，
因2V＜3V，沒有超出電壓表的量程，
所以，燈泡兩端的電壓可以達到2.5V，故A錯誤；
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，由P=UI可得，燈泡正常發(fā)光時電路中的電流：
I=I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A，
燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.5A}$=5Ω，
因滑動變阻器允許通過的最大電流為1A，而燈泡允許通過的最大電流為0.5A，
所以，電路中的最大電流I_大=0.5A，
電路的最大電功率：
P_大=UI_大=4.5V×0.5A=2.25W，
電流最大時，由歐姆定律可知，此時滑動變阻器接入電路的電阻最小，最小為：
R_滑小=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{大}}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（2）當電壓表的示數(shù)最大為3V時，變阻器接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，燈泡的功率最小，
此時燈泡兩端的電壓：
U_L′=U-U_滑大=4.5V-3V=1.5V，
電路中的最小電流：
I_小=$\frac{{U}_{L}′}{{R}_{L}}$=$\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A，
燈泡的最小功率：
P_L′=U_L′I_小=1.5V×0.3A=0.45W，
則燈泡實際功率的變化范圍是0.45W～1.25W，故C正確；
滑動變阻器接入電路中的最大阻值：
R_滑大=$\frac{{U}_{滑大}}{{I}_{小}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，
則滑動變阻器阻值變化的范圍是4Ω～10Ω，故B錯誤；
電路的最小電功率：
P_小=UI_小=4.5V×0.3A=1.35W，
則該電路中總功率變化范圍是1.35W～2.25W，故D錯誤．
故選C．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)燈泡的額定電流確定電路中的最大電流和電壓表的最大示數(shù)確定電路中的最小電流，并且要知道燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等．