問題詳情:
如圖所示的電路中,電源電壓恆定不變,電壓表的量程為0~15V,電流表的量程為0~0.6A,燈L上標有“6V 3W”字樣(不考慮燈絲電阻隨温度的變化),定值電阻R2=30Ω.當只閉合開關S1、S2,調節滑片P至距B端一處時,燈L正常工作;當只閉合開關S1、S3,調節滑片P至中點處時,電流表示數為0.3A,求:
(1)燈泡的電阻;
(2)電源電壓;
(3)在保*電路各元件安全的情況下,只閉合開關S1、S2時,燈L消耗的電功率範圍。
【回答】
(1)燈泡的電阻為12Ω;
(2)電源電壓為18V;
(3)在保*電路各元件安全的情況下,只閉合開關S1、S2時,燈L消耗的電功率範圍為0.75W~3W。
【分析】(1)知道燈泡的額定電壓和額定功率,根據P=UI=求出燈泡的電阻;
(2)當只閉合開關S1、S2,調節滑片P至距B端一處時,R1與L串聯,根據串聯電路的電流特點和P=UI求出電路中的電流,根據電阻的串聯和歐姆定律表示出電源的電壓;當只閉合開關S1、S3,調節滑片P至中點處時,R2與R1串聯,電流表測電路中的電流,根據電阻的串聯和歐姆定律表示出電源的電壓,然後聯立等式即可求出電源電壓;
(3)只閉合開關S1、S2時,R1與L串聯,電壓表測R1兩端的電壓,電流表測電路中的電流,此時燈泡可以正常發光,其功率等於額定功率;當電壓表的示數最大時,滑動變阻器接入電路中的電阻最大,電路中的電流最小,燈泡的功率最小,根據串聯電路的電壓特點求出此時燈泡兩端的電壓,利用P=UI=求出燈L消耗的最小電功率,然後得出燈L消耗的電功率範圍。
【解答】(1)由P=UI=可得,燈泡的電阻:
RL===12Ω;
(2)當只閉合開關S1、S2,調節滑片P至距B端一處時,R1與L串聯,
因串聯電路中各處的電流相等,
所以,由P=UI可得,電路中的電流:
I1=IL===0.5A,
因串聯電路中總電阻等於各分電阻之和,
所以,由I=可得,電源的電壓:
U=I1(RL+R1)=0.5A×(12Ω+R1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
當只閉合開關S1、S3,調節滑片P至中點處時,R2與R1串聯,電流表測電路中的電流,
則電源的電壓:
U=I2×(R2+R1)=0.3A×(30Ω+R1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得:U=18V,R1=60Ω;
(3)只閉合開關S1、S2時,R1與L串聯,電壓表測R1兩端的電壓,電流表測電路中的電流,
此時燈泡可以正常發光,其最大功率為3W,
當電壓表的示數U1=15V時,滑動變阻器接入電路中的電阻最大,電路中的電流最小,燈泡的功率最小,
此時燈泡兩端的電壓:
UL′=U﹣U1=18V﹣15V=3V,
燈L消耗的最小電功率:
PL′===0.75W,
所以,燈L消耗的電功率範圍為0.75W~3W。
【點評】本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的綜合應用,要注意燈泡正常發光時的功率和額定功率相等。
知識點:電功率
題型:計算題