Question

7．如圖所示，電源電壓保持不變，定值電阻R=12Ω，滑動(dòng)變阻器的最大阻值是12Ω，燈泡的額定電功率為2W．求
（1）當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P位于最左端a時(shí)，電流表的讀數(shù)為0.3A，電源電壓U是多少？
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，再閉合開(kāi)關(guān)S₂，燈泡恰好正常發(fā)光，燈泡的電阻R_L是多少？
（3）當(dāng)斷開(kāi)S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端，此時(shí)燈泡所消耗的電功率P_L是多少？5min內(nèi)燈泡消耗的電能為多少？

Answer 1

分析 （1）當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P位于最左端a時(shí)，電路為R的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出電源的電壓；
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，再閉合開(kāi)關(guān)S₂時(shí)，燈泡與R并聯(lián)，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等可知額定電壓，又知道燈泡的額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈泡的電阻；
（3）當(dāng)斷開(kāi)S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端b，燈泡與滑動(dòng)變阻器的最大阻值串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)P=I²R求出此時(shí)燈泡所消耗的電功率，根據(jù)W=Pt求出5min內(nèi)燈泡消耗的電能．

解答 解：（1）當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S₁，滑動(dòng)變阻器的滑片P位于最左端a時(shí)，電路為R的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，
根據(jù)歐姆定律可得，電源的電壓：
U=IR=0.3A×12Ω=3.6V；
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，再閉合開(kāi)關(guān)S₂時(shí)，燈泡與R并聯(lián)，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，且燈泡正常發(fā)光，
所以，燈泡的額定電壓U_L額=U=3.6V，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{{U}_{L額}}^{2}}{{P}_{L額}}$=$\frac{（3.6V）^{2}}{2W}$=6.48Ω；
（3）當(dāng)斷開(kāi)S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端b，燈泡與滑動(dòng)變阻器的最大阻值串聯(lián)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，此時(shí)電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{ab}}$=$\frac{3.6V}{6.48Ω+12Ω}$=$\frac{15}{77}$A，
此時(shí)燈泡所消耗的電功率：
P_L=I²R_L=（$\frac{15}{77}$A）²×6.48Ω=$\frac{1458}{5929}$W≈0.25W，
由P=$\frac{W}{t}$可得，5min內(nèi)燈泡消耗的電能：
W_L=P_Lt=$\frac{1458}{5959}$W×5×60s≈73.77J．
答：（1）電源電壓為3.6V；
（2）燈泡的電阻為6.48Ω；
（3）當(dāng)斷開(kāi)S₁，閉合S₂，將滑片P移至最右端b時(shí)燈泡所消耗的電功率為0.25W，5min內(nèi)燈泡消耗的電能為73.77J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式、電功公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)時(shí)電路串并聯(lián)的辨別和知道燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓與額定電壓相等．