践行者初中物理电学典题详解第390题

390.如图甲所示电路，电源电压保持不变，灯L上标有“6V3W”字样，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V.滑动变阻器R的最大阻值为60Ω.闭合开关S和S1且断开S2时，移动滑动变阻器的滑片P，电路中的电流I与其接入电路的电阻R的关系如图乙所示，当滑动变阻器接入电路的阻值由R1增大到5R1时，定值电阻R0的功率变化了1.8W.求：（小灯泡的电阻保持不变)

⑴灯泡的电阻；

⑵闭合S和S2且断开S1，当变阻器的接入的阻值为4Ω时，灯泡正常发光，求电源电压；

⑶电阻R0的阻值；

⑷闭合开关S和S1且断开S2时，在保证电路安全的情况下，当R0的功率最小时，求滑动变阻器消耗的电功率。

解析:1闭合开关S和S1且断开S2时:

1.1分析电路图可知:

①L断路，R0与R串联，

②V测R两端电压U1，

③A测量电路中的电流I；

1.2分析乙图可知:

①乙图是R的阻值与电流I的I-R图像，

②由图可知:当R=R1时，I=2I1，

当R=5R1时，I=I1；

1.3由题意可知:

①当R的阻值由R1增大到5R1时，

R0的电功率变化量△P0=1.8W，

又△P0=(2I1)²R0-(I1)²R0

=3I1²R0，

所以3I1²R0=1.8W，

即I1²R0=0.6W；❶

②电源电压U不变，

由U=I(R0+R)可知，

U=2I1×(R0+R1)=I1×(R0+5R1)，

即R0=3R1，❷

U=8I1R1=8I1R0/3；❸

2当闭合S和S2且断开S1时:

2.1分析电路图可知:

①L与R串联，

②V测量R两端电压U1，

③A测量电路中的电流I'；

2.2由题意可知:

①R=4Ω，

②L正常发光，且灯L上标有“6V3W”字样，

且小灯泡的电阻保持不变，

则UL额=6V，PL额=3W，

RL=(UL额)²/PL额

=(6V)²/3W

=12Ω，

I=IL额=PL额/UL额

=3W/6V

=0.5A，

UL=UL额=6V，

U1=IR

=0.5A×4Ω

=2V，

所以U=UL+U1

=6V+2V

=8V；❹

2.3将❹代入❸得

I1R0=3V，❺

将❺代入❶得I1=0.2A，❻

将❻代入❺得R0=15Ω；

3闭合开关S和S1且断开S2时:

3.1在保证电路安全的情况下，欲使R0的功率最小，只需电路中的电流I最小:

3.2由题意可知:

①电流表量程为0~0.6A，

②电压表量程为0~3V，

③滑动变阻器R的最大阻值为60Ω，

所以当U1max=3V时，电路中的电流Imin，

且Imin=U0/R0

=(U-U1max)/R0

=(8V-3V)/15Ω

=1A/3，

所以滑动变阻器消耗的电功率为:

P1=U1maxImin

=3V×1A/3

=1W。

答：⑴灯泡的电阻12Ω；

⑵电源电压为8V；

⑶电阻R0的阻值为15Ω；

⑷闭合开关S和S1且断开S2时，在保证电路安全的情况下，当R0的功率最小时，滑动变阻器消耗的电功率为1W。

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