Question

如圖所示，電源電壓保持不變，小燈泡L的規(guī)格為”3V 1.5W”，定值定值R₁=5Ω，滑動變阻器R₂的最大阻值為12Ω，電流表的量程為0～3A．
（1）閉合開關S₂、斷開S₁、S₃，當滑片P處于ab的中點時，小燈泡L恰能正常發(fā)光，求電源電壓．
（2）在什么情況下整個電路的電功率最��？在此情況下，燈泡工作10min消耗的電能是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）由電路圖可知，閉合開關S₂，斷開S₁、S₃時，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，燈泡正常發(fā)光，由電功率的變形公式求出電路電流，然后由串聯(lián)電路特點 及歐姆定律求出電源電壓．
（2）電源電壓一定，由P=可知，電路電阻最大時，電路消耗的總功率最小，分析清楚電路結構，找出電路電阻最大的條件，然后由電功公式求出燈泡10min消耗的電能．
解答：解：（1）由燈泡銘牌可知，燈泡額定電壓U_L額=3V，額定功率P_L額=1.5W，
∵P=UI，∴燈泡正常發(fā)光時的電流I===0.5A，
由電路圖可知，閉合開關S₂，斷開S₁、S₃時，
燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，等效電路圖如圖甲所示，
當滑片P處于a、b的中點時，小燈泡L恰能正常發(fā)光，
此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑===6Ω；
∵I=，∴滑動變阻器兩端電壓U_滑=IR_滑=0.5A×6Ω=3V，
電源電壓U=U_滑+U_L額=3V+3V=6V；
（2）∵P=，∴燈泡電阻R_L===6Ω；
由電路圖可知，當開關S₂閉合、S₁、S₃斷開、滑片P處于b點時，
燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，此時電路總電阻最大，
等效電路圖如圖乙所示；
由P=可知此時整個電流的功率最小，
此時電路電流I===A，
燈泡在t=10min=600s內(nèi)消耗的電能W=I²R_Lt=（A）²×6Ω×600s=400J．
答：（1）電源電壓是6V．
（2）燈泡工作10min消耗的電能是400J．
點評：本題是一道電學綜合計算題，分析清楚電路結構是正確解題的前提，熟練應用電功率公式的變形公式、串聯(lián)電路特點、電功公式即可正確解題．