Question

9．在如圖所示的電路中，電源電壓和小燈泡的阻值均保持不變，電源電壓U=6V，R₁=6Ω，滑動變阻器R₃的最大阻值為20Ω，小燈泡R₂標有（6V 3W）字樣，電流表的量程為0～0.6A，電壓表的量程為0～3V．
（1）小燈泡R₂正常工作時的電阻是多少？
（2）閉合開關(guān)S₁、S₂和S₃后，通電10秒鐘，整個電路消耗的電能是多大？
（3）在不損壞各元件的情況下，只閉合開關(guān)S₂時，電路消耗的功率變化范圍是多少？

Answer 1

分析 （1）已知燈泡額定電壓與額定功率，應用電功率公式可以求出燈泡正常發(fā)光時的電阻．
（2）分析清楚電路結(jié)構(gòu)，應用并聯(lián)電路特點與電功公式求出電路消耗的電能．
（3）分析清楚電路結(jié)構(gòu)，應用串聯(lián)電路特點、歐姆定律與電功率公式求出電路的最大與最小功率，然后確定功率變化范圍．

解答 解：（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡電阻：R_L=$\frac{{U}_{L}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω；
（2）由圖示電路圖可知，閉合開關(guān)S₁、S₂和S₃后，R₁與R₂并聯(lián)，
燈泡兩端電壓等于電源電壓，等于燈泡額定電壓，燈泡正常發(fā)光，
t=10s，電路消耗的電能：W=W₁+W₂=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$t+P_L額t=$\frac{（6V）^{2}}{6Ω}$×10s+3W×10s=90J；
（3）由圖示電路圖可知，只閉合開關(guān)S₂時，R₂與R₃串聯(lián)，電壓表測R₃兩端電壓，
滑片在最左端時滑動變阻器接入電路的阻值為零，只有燈泡接入電路，
此時電路功率最大，燈泡正常發(fā)光，電路最大功率：P_max=P_L額=3W，
電壓表示數(shù)等于其量程3V時電路消耗的電功率最小，此時電路電流：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{U-{U}_{3}}{{R}_{L}}$=$\frac{6V-3V}{12Ω}$=0.25A，
電路最小功率：P_min=UI=6V×0.25A=1.5W；
答：（1）小燈泡R₂正常工作時的電阻是12Ω．
（2）閉合開關(guān)S₁、S₂和S₃后，通電10秒鐘，整個電路消耗的電能是90J．
（3）在不損壞各元件的情況下，只閉合開關(guān)S₂時，電路消耗的功率變化范圍是1.5W～3W．

點評 本題考查了串并聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的靈活應用，關(guān)鍵是開關(guān)閉合、斷開時電路連接方式的辨別，要注意最大和最小功率的確定．