Question

5．如圖甲所示電路中，燈泡的額定電壓為6V，燈泡的U-I關系如圖乙所示，電壓表的量程為0～15V，電流表的量程為0～0.6A，變阻器R的最大電阻為100Ω．求：

（1）燈泡中的電流為0.4A時，燈泡的功率是多少？
（2）只閉合S₁，燈泡正常工作，定值電阻R₀消耗的功率P₀=6W，R₀的電阻和電源電壓；
（3）只閉合S₂，在電表的示數(shù)不超過量程，燈泡兩端的電壓不超過額定值的情況下，整個電路功率的變化范圍？

Answer 1

分析 （1）由圖乙得出燈泡中的電流為0.4A時兩端的電壓，根據(jù)P=UI求出燈泡的功率；
（2）只閉合S₁時，定值電阻R₀與燈泡L串聯(lián)，電流表測電路中的電流，燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)圖乙讀出通過燈泡的電流即為電路中的電流，根據(jù)P=I²R求出R₀的阻值，根據(jù)歐姆定律求出R₀兩端的電壓，利用串聯(lián)電路的電壓特點求出電源的電壓；
（3）只閉合S₂時，滑動變阻器R與燈泡串聯(lián)L，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓，電流表測電路中的電流，比較燈泡正常發(fā)光時的電流和電流表的量程確定電路中的最大電流，此時電路消耗的總功率最大，根據(jù)P=UI求出其大小；當電壓表的示數(shù)最大時，電路中的電流最小，電路消耗的總功率最小，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，根據(jù)圖乙讀出電路中的電流，根據(jù)P=UI求出最小總功率，然后得出答案．

解答 解：（1）由圖乙可知，燈泡中的電流為0.4A時，兩端的兩端為4V，則燈泡的功率：
P_L=U_LI_L=4V×0.4A=1.6W；
（2）只閉合S₁時，定值電阻R₀與燈泡L串聯(lián)，電流表測電路中的電流，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，且燈泡正常發(fā)光，
所以，由圖乙可知，電路中的電流I=I_L′=0.5A，
由P=I²R可得，R₀的阻值：
R₀=$\frac{{P}_{0}}{{I}^{2}}$=$\frac{6W}{（0.5A）^{2}}$=24Ω，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R₀兩端的電壓：
U₀=IR₀=0.5A×24Ω=12V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電源的電壓：
U=U_L′+U₀=6V+12V=18V；
（3）只閉合S₂時，滑動變阻器R與燈泡串聯(lián)L，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓，電流表測電路中的電流，
因燈泡正常發(fā)光時的電流為0.5A，電流表的量程為0～0.6A，
所以，電路中的最大電流為0.5A，此時電路消耗的總功率最大，
則P_大=UI_大=18V×0.5A=9W，
當電壓表的示數(shù)U_R=15V時，電路中的電流最小，電路消耗的總功率最小，
此時燈泡兩端的電壓：
U_L″=U-U_R=18V-15V=3V，
由圖乙可知，電路中的電流I_小=0.35A，
電路消耗的最小總功率：
P_小=UI_小=18V×0.35A=6.3W，
所以，整個電路功率的變化范圍為6.3W～9W．
答：（1）燈泡中的電流為0.4A時，燈泡的功率是1.6W；
（2）R₀的電阻為24Ω，電源電壓為18V；
（3）整個電路功率的變化范圍為6.3W～9W．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用，關鍵是根據(jù)圖象讀出電壓對應通過燈泡的電流值．