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15.如圖所示,L標有“6V 3W”,R1=6Ω.滑動變阻器為“1A 20Ω”,當移動滑動變阻器使電流表的示數(shù)為0.5A時,電壓表恰有3V,求下列各問題:
①電源的電壓為多少?
②當滑動變阻器移至某點時,電壓表示數(shù)為6V,電流表為0.4A,則小燈泡的實際電功率為多少?
③為了保證滑動變阻器滑片無論移在什么位置,小燈泡都是安全的,請通過計算說明電路做怎樣的改進.

分析 由電路圖可知,R1、L與R串聯(lián),電壓表測R兩端的電壓,電流表測電路中的電流.
①根據(jù)P=UI求出燈泡的額定電流,然后與電流表的示數(shù)相比較確定燈泡正常發(fā)光,進一步得出燈泡兩端的電壓,根據(jù)歐姆定律求出R1兩端的電壓,根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出電源的電壓;
②根據(jù)歐姆定律求出電流表的示數(shù)為0.4A時R1兩端的電壓,根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出L兩端的電壓,根據(jù)P=UI求出小燈泡的實際電功率;
③根據(jù)小燈泡是安全的即可根據(jù)燈泡的額定電流即可判斷出電路中的最大電流,利用歐姆定律求出最小總阻值,為了保證滑動變阻器滑片無論移在什么位置,即當變阻器連入電路的阻值為零時,R1的必須能控制最大電流的要求,根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出R1必須承擔的電壓;利用歐姆定律即可求出此時R1的阻值,最后與R1原來的阻值比較即可得出改進方法.

解答 解:由電路圖可知,R1、L與R串聯(lián),電壓表測R兩端的電壓,電流表測電路中的電流.
①由P=UI可得,燈泡的額定電流:
IL=PLUL=3W6V=0.5A,
因電路中的電流和燈泡的額定電流相等,
所以,此時燈泡兩端的電壓UL=6V,
由I=UR可得,R1兩端的電壓:
U1=I1R1=0.5A×6Ω=3V,
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=UL+U1+UR=6V+3V+3V=12V;
(2)當滑動變阻器移動至某點時,I2=0.4A,
R1兩端的電壓:
U1′=I2R1=0.4A×6Ω=2.4V,
此時燈泡兩端實際電壓:
UL實=U-U1′-UR′=12V-2.4V-6V=3.6V,
燈泡的實際電功率:
PL實=UL實I2=3.6V×0.4A=1.44W;
(3)為了保證滑動變阻器滑片無論移在什么位置,即當變阻器連入電路的阻值為零時,小燈泡是安全的,
則電路中的最大電流I=IL=0.5A,
R1兩端的電壓:
U1小=U-UL=12V-6V=6V,
R1小的阻值:
R1小=U1I=6V0.5A=12Ω;
由于R1小>R1,所以,應(yīng)利用阻值為12Ω電阻替換原來的電阻R1
答:(1)電源的電壓為12V;
(2)小燈泡的實際電功率為1.44W;
(3)為了保證滑動變阻器滑片無論移在什么位置,小燈泡都是安全的.應(yīng)利用阻值為12Ω電阻替換原來的電阻R1

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(yīng)用,關(guān)鍵是知道實際電壓與額定電壓的關(guān)系和燈泡能否正常工作的條件.

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