16.如圖所示,小燈泡L標有“6V  3W”字樣,滑動變阻器R0最大阻值是24Ω,電源電壓為6V恒定不變.設小燈泡L電阻不變,求:
(1)小燈泡L的電阻?
(2)當S1、S2均閉合,滑片滑在R0最右端時,小燈泡L在1min內(nèi)消耗的電能?
(3)當S1、S2均閉合,滑片滑到R0的中點時,整個電路消耗的電功率是多大?
(4)當S1閉合、S2斷開時,要使滑動變阻器R0消耗的電功率為最大,計算出R0的連入阻值應為多少?此時R0消耗的最大功率為多少?

分析 (1)知道燈泡的額定電壓和額定功率,根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出小燈泡的電阻;
(2)當S1、S2均閉合,滑片滑在R0最右端時,燈泡與R0的最大阻值并聯(lián),此時燈泡兩端的電壓和額定電壓相等,根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出小燈泡L在1min內(nèi)消耗的電能;
(3)當S1、S2均閉合,滑片滑到R0的中點時,燈泡與R0的阻值的一半并聯(lián)后與剩余一半R0的阻值串聯(lián),根據(jù)電阻的串聯(lián)和并聯(lián)求出電路中的總電阻,利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出整個電路消耗的電功率;
(4)當S1閉合、S2斷開時,燈泡與R0串聯(lián),根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出電路中的電流,根據(jù)P=I2R表示出R0的電功率,根據(jù)數(shù)學知識判斷R0消耗的功率最大時的阻值,進一步求出最大功率.

解答 解:(1)由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得,小燈泡的電阻:
RL=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{(6V)^{2}}{3W}$=12Ω;
(2)當S1、S2均閉合,滑片滑在R0最右端時,燈泡與R0的最大阻值并聯(lián),
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,
所以,此時燈泡兩端的電壓為6V,則燈泡的實際功率為3W,
由P=$\frac{W}{t}$可得,小燈泡L在1min內(nèi)消耗的電能:
W=PLt=3W×60s=180;
(3)當S1、S2均閉合,滑片滑到R0的中點時,燈泡與R0的阻值的一半并聯(lián)后與剩余一半R0的阻值串聯(lián),
因并聯(lián)電路中總電阻的倒數(shù)等于各分電阻倒數(shù)之和,串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
所以,電路中的總電阻:
R=$\frac{{R}_{L}×\frac{{R}_{0}}{2}}{{R}_{L}+\frac{{R}_{0}}{2}}$+$\frac{{R}_{0}}{2}$=$\frac{12Ω×\frac{24Ω}{2}}{12Ω+\frac{24Ω}{2}}$+$\frac{24Ω}{2}$=18Ω,
整個電路消耗的電功率:
P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{(6V)^{2}}{18Ω}$=2W;
(4)當S1閉合、S2斷開時,燈泡與變阻器接入電路中的電阻R1串聯(lián),
則電路中的電流:
I=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{1}}$,
變阻器消耗的電功率:
P1=I2R1=($\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{1}}$)2R1=$\frac{{U}^{2}}{\frac{({R}_{L}+{R}_{1})^{2}}{{R}_{1}}}$=$\frac{{U}^{2}}{\frac{{{R}_{L}}^{2}+2{R}_{L}{R}_{1}+{{R}_{1}}^{2}}{{R}_{1}}}$=$\frac{{U}^{2}}{\frac{{{R}_{L}}^{2}-2{R}_{L}{R}_{1}+{{R}_{1}}^{2}+4{R}_{L}{R}_{1}}{{R}_{1}}}$=$\frac{{U}^{2}}{\frac{({R}_{L}-{R}_{1})^{2}}{{R}_{1}}+4{R}_{L}}$,
當R1=RL=12Ω時,變阻器消耗的電功率最大,
P1大=$\frac{{U}^{2}}{4{R}_{L}}$=$\frac{(6V)^{2}}{4×12Ω}$=0.75W.
答:(1)小燈泡L的電阻為12Ω;
(2)當S1、S2均閉合,滑片滑在R0最右端時,小燈泡L在1min內(nèi)消耗的電能為180J;
(3)當S1、S2均閉合,滑片滑到R0的中點時,整個電路消耗的電功率是2W;
(4)當S1閉合、S2斷開,R0的連入阻值為12Ω時R0消耗的功率最大,最大為0.75W.

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、電功公式的應用,分清電路的連接方式、會變形等式是解決問題的關系.

練習冊系列答案
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(4)當將一密度為6×103kg/m3的金屬塊懸掛在木塊下,恰好使木塊全部浸沒在水中.求金屬塊與木塊的體積比.

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②連接電路時滑動變阻器沒有調到最大阻值;
③電壓表的量程選擇過大.
(2)如圖甲所示,小剛連接的電路還沒有完成,如果要求滑動變阻器的滑片P向右移動時,電流表的示數(shù)變大,導線M應與滑動變阻器的接線柱B連接.(填“A”、“B”或“D”);閉合開關前應將滑片P移至A(填“A”或“B”)端.請根據(jù)實物圖在圖中方框中畫出電路圖.

(3)小剛把滑動變阻器正確連入電路后,閉合開關S,若發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光,電流表無示數(shù),但電壓表有示數(shù),則故障可能是小燈泡斷路.
(4)若發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光,電流表有示數(shù),電壓表無示數(shù),則故障可能是小燈泡短路.
(5)若無論怎樣移動滑片P,小燈泡一直很暗且亮度不變,電流表、電壓表示數(shù)不變,則出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是滑動變阻器連了兩個下端接線柱.
(6)小王排除故障后,調節(jié)滑動變阻器使小燈泡發(fā)光,如圖乙所示,則電壓表的示數(shù)為1.5V,
小王應將滑片P向右(填“左”或“右”)移,使電壓表的示數(shù)為2.5V,才能測量小燈泡的額定功率,待小燈泡正常發(fā)光時,電流表示數(shù)如圖丙所示,則小燈泡的電流為0.3A,額定功率為0.75W. 小劉作出了小燈泡兩端電壓和電流圖象如圖丁所示,則小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大.

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11.如圖是某家庭用的電能表,該電能表的讀數(shù)是2012.6kW•h,他家同時使用的用電器總功率不得超過4400W;若電能表在1min內(nèi)轉了500轉,則接在該電能表上的用電器消耗的電能為0.2kW•h.

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1.回顧實驗和探究:
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裝置圖
實驗
步驟
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保持電流表示數(shù)不變,換用電磁鐵B,發(fā)現(xiàn)彈簧變長.這里運用的是轉換 法.
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