Question

2．某課外小組在探究活動(dòng)中利用多盞“2V  0.5A”的小燈泡進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)燈兩端實(shí)際電壓為額定電壓的2倍時(shí)燈就會(huì)燒壞．如圖所示，電源電壓恒定，小燈泡上標(biāo)有“2V  0.5A”的字樣，滑動(dòng)變阻器R₂的最大阻值為50Ω，求：
（1）小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
（2）斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂、S₃，將滑片P移到距a端的長度總長為ab的$\frac{1}{5}$位置時(shí)，小燈泡L恰好正常發(fā)光，電源電壓是多少？
（3）斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S、S₁、S₃，將滑片P移到a端時(shí)，電流表示數(shù)為2A，此時(shí)電壓表示數(shù)是多少？定值電阻R₁的阻值是多少？

Answer 1

分析 （1）已知燈泡額定電壓和額定電流，利用歐姆定律得到燈泡正常發(fā)光的電阻；
（2）斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂、S₃，燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器接入電路電阻與長度成正比；已知滑動(dòng)變阻器接入電路電阻和燈泡電阻，可以得到串聯(lián)電路總電阻；已知燈泡正常發(fā)光，可以得到電路電流；已知電路電流和總電阻，可以得到電源電壓；
（3）斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S、S₁，、S₃將滑片P移到a端時(shí)，燈泡和定值電阻R₁并聯(lián)．電壓表測(cè)量電源電壓，電流表測(cè)量干路電流，利用歐姆定律得到R₁的阻值．

解答 解：
（1）由歐姆定律得燈泡的電阻：R_L=$\frac{{U}_{L額}}{{I}_{L額}}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（2）斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂、S₃，將滑片P移到距a端的長度為總長ab的$\frac{1}{5}$位置時(shí)，燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)．如圖所示：

滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為R₂′=$\frac{1}{5}$R₂=$\frac{1}{5}$×50Ω=10Ω，
此時(shí)串聯(lián)電路總電阻為R_串=R_L+R₂′=4Ω+10Ω=14Ω；
由歐姆定律得電源電壓為U=IR_串=0.5A×14Ω=7V；
（3）斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S、S₁、S₃將滑片P移到a端時(shí)，燈泡和定值電阻R₁并聯(lián)．如圖所示：
．
電壓表顯示電源電壓U=7V；由于燈泡兩端實(shí)際電壓U_實(shí)=7V遠(yuǎn)大于燈泡的U_L額=2V，所以燈泡燒壞；
所以此時(shí)電流表的示數(shù)為電阻R₁的電流
由歐姆定律得：電阻R₁=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{7V}{2A}$=3.5Ω．
答：
（1）小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為4Ω；
（2）電源電壓為7V；
（3）電壓表示數(shù)是7V；定值電阻R₁的阻值是3.5Ω．

點(diǎn)評(píng) 分析清楚電路結(jié)構(gòu)、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式即可正確解題，關(guān)鍵是注意當(dāng)斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S、S₁，、S₃將滑片P移到a端時(shí)，由于燈泡L兩端的電壓遠(yuǎn)大于燈泡的額定電壓，所以燈泡會(huì)燒壞，此時(shí)只有R₁連入電路．