Question

9．某同學(xué)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 1A”，燈泡L標有“3V  1.5W”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． 電路中電流變化的范圍是0.2A～0.5A
• B． 滑動變阻器阻值變化的范圍是3Ω～12Ω
• C． 燈泡的最小功率是0.162W
• D． 該電路的最大功率是2.7W

Answer 1

分析 （1）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．根據(jù)電壓表的量程和燈泡正常工作時的電流值確定電路中的最大電流和最小電流；
（2）根據(jù)電路的最大電流值和最小電流值，計算電路中的最小電阻和最大電阻，根據(jù)串聯(lián)電路的特點計算變阻器接入電路中的最大電阻和最小電阻；
（3）根據(jù)電路中的最小電流，利用P=I²R計算燈泡的最小電功率；
（4）根據(jù)P=UI可知，在電壓U一定時，電流越大，電路總功率越大，據(jù)此計算．

解答 解：A、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，燈泡正常發(fā)光時的電壓為2.5V，功率為1.5W，
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-3V=1.5V＜3V，沒有超過電壓表的量程，所以燈泡兩端的電壓可以達到3V，
由P=UI可得，燈泡正常發(fā)光時電路中的電流：
I=I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{1.5W}{3V}$=0.5A
而滑動變阻器允許通過的最大電流為1A，串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以電路中的最大電流：I_大=I=0.5A，
由圖可知，當(dāng)電壓表的示數(shù)最大為3V時，滑動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，燈泡的電阻：R_L=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（3V）^{2}}{1.5W}$=6Ω，
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=$\frac{U{'}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{1.5V}{6Ω}$=0.25A；即電路中電流變化范圍為0.25A～0.5A；故A不正確；
B、由圖可知，燈泡與變阻器串聯(lián)，當(dāng)電路中電流最大為I_大=0.5A時，變阻器接入電路中的電阻最小為R_小，
R_小=R_總-R_L=$\frac{U}{{I}_{大}}$-R_L=$\frac{4.5V}{0.5A}$-6Ω=3Ω；
當(dāng)電路中電流最小為I_小=0.25A時，變阻器接入電路中的電阻最大為R_大，此時電路總最電阻R'=$\frac{U}{{I}_{小}}$，
R_大=R'-R_L=$\frac{U}{{I}_{小}}$-R_L=$\frac{4.5V}{0.25A}$-R_L=18Ω-6Ω=12Ω，
可得變阻器的變化范圍為：3Ω～12Ω，故B正確；
C、根據(jù)P=UI=I²R，由題可知，當(dāng)電路中電流最小時，小燈泡消耗的電功率最小，
P_小=I_小² R_L=（0.25A）²×6Ω=0.375W，故C不正確；
D、根據(jù)P=UI可知，在電壓U一定時，電流為最大值時，電路消耗的電功率最大，
P_大=UI_大=6V×0.5A=3W，故D不正確．
故選B．

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．