Question

如圖所示，小燈泡上標有“4V 1W”，滑動變阻器的阻值范圍是0～24Ω，定值電阻R₁=30Ω，電流表的量度范圍是0～0.6A，電源電壓不變．求：
（1）小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流是多少；
（2）斷開開關S₁、S₂，移動滑動變阻器的滑片P，使它連入電路的電阻為其總電阻的時，小燈泡實際功率為額定功率的，電源電壓是多少；
（3）閉合開關S₁、S₂，在移動滑動變阻器的滑片P的過程中，滑動變阻器上消耗的最小功率及允許消耗的最大功率分別是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）燈泡正常發(fā)光時的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出通過燈絲的電流，根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻；
（2）當S₁、S₂斷開時，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，根據(jù)P=和燈泡的實際功率求出燈泡兩端的實際電壓，根據(jù)題意得出滑動變阻器接入電路中的電阻，再根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路各處的電流相等得出等式即可求出滑動變阻器兩端的電壓，最后根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出電源的電壓；
（3）當S₁、S₂閉合時，電阻R與滑動變阻器并聯(lián)，當滑動變阻器接入電路的電阻最大時滑動變阻器上消耗的功率最小，根據(jù)P=求出其大小，根據(jù)并聯(lián)電路的特點可知通過定值電阻的電路不變、根據(jù)歐姆定律求出其大小，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點求出通過滑動變阻器的最大電流，利用P=UI求出允許消耗的最大功率．
解答：解：（1）根據(jù)P=UI可得：
小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流I_額===0.25A，
根據(jù)歐姆定律可得：
燈泡的電阻R_L===16Ω；
（2）當S₁、S₂斷開時，等效電路如圖1所示：
燈泡的實際功率P_L===×1W，
解得：U_L=3V，
∵R接入電路的阻值為總阻值的，
∴R=×24Ω=16Ω，
∵串聯(lián)電路各處的電流相等，
∴=，即=，
解得：U_R=3V，
電源的電壓U=U_L+U_R=3V+3V=6V；
（3）當S₁、S₂閉合時，等效電路如圖2所示：
當滑動變阻器接入電路的電阻為24Ω時，消耗的最小功率：
P_min===1.5W，
∵并聯(lián)電路各支路獨立工作、互不影響，
∴通過定值電阻R₁的電流I′大小不變，即I′===0.2A，
∵并聯(lián)電路干路電流等于各支路電流之和，且電流表允許通過的最大電流I為0.6A，
∴通過滑動變阻器的最大電流I₂=I-I′=0.6A-0.2A=0.4A，
滑動變阻器最大功率P_max=UI₂=6V×0.4A=2.4W．
答：（1）小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流是0.25A；
（2）電源電壓是6V；
（3）閉合開關S₁、S₂，在移動滑動變阻器的滑片P的過程中，滑動變阻器上消耗的最小功率為1.5W，允許消耗的最大功率是2.4W．
點評：本題考查了串聯(lián)電路的特點和并聯(lián)電路的特點以及歐姆定律、電功率公式的靈活應用，畫出兩種情況的等效電路圖和知道滑動變阻器消耗的最小、最大電功率是關鍵．