Question

【題目】如圖甲所示電路，電源電壓不變，電壓表量程是0-3V，電流表量程是0-0.6A。只閉合S、S1，在滑動變阻器R1的滑片從最右端向左滑至a點的過程中，燈泡和R1的I-U圖像如圖乙所示滑片在a點時燈泡恰好正常發(fā)光。求：

(1)燈泡的額定功率；

(2)只閉合S、S1時，燈泡1min內(nèi)最少消耗的電能；

(3)只閉合S、S2時，R的滑片在a點，R2允許連入電路的阻值范圍。

Answer 1

【答案】(1)0.75W；(2)9J ；(3)1.5Ω~12Ω

【解析】

(1)閉合S、S1，燈泡、滑動變阻器R1串聯(lián)，在滑動變阻器R1的滑片從最右端向左滑至a點的過程中，R1的阻值減小，電路中的總電阻變小，電流變大，燈泡兩端的電壓變大，由此可知：圖乙中，左邊的曲線為燈泡的I-U圖象，則右邊的曲線為R1的I-U圖象；滑片在a點時R1的阻值最小（允許接入的最小阻值），電路中的電流最大，由于燈泡恰好正常發(fā)光，則根據(jù)I-U圖象可知：小燈泡正常工作時的電壓為1.5V，電流為0.5A，此時R1兩端的電壓為3V，則燈泡的額定功率

P額=ULI最大=1.5V×0.5A=0.75W

(2)電源電壓

U=UL+U1=1.5V+3V=4.5V

只閉合S、S1時，滑動變阻器R1的滑片在最右端時，連入電路的電阻最大，電路的總電阻最大，通過電路的電流最小，由圖可知電路中最小電流為0.3A，燈泡兩端的電壓為0.5V，燈泡1min內(nèi)最少消耗的電能

WL=UL′IL′t=0.5V×0.3A×60s=9J

(3) R1的滑片在a點時R1的電阻

R1==6Ω

只閉合S、S2時，R的滑片在a點，R1與R2串聯(lián)，電壓表測變阻器R2兩端的電壓，電流表測電路中的電流；電流表量程是0~0.6A，通過電路的電流最大為0.6A，變阻器R2連入電路的電阻最小，電路的總電阻

R總==7.5Ω

變阻器R2連入的最小電阻

R2最小= R總- R1=7.5Ω-6Ω=1.5Ω

由于電壓表采用0～3V量程，當電壓表的示數(shù)

U2最大=3V

時，滑動變阻器R2接入電路中的電阻最大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以，此時R1兩端的電壓

U1′=U-U2最大=4.5V-3V=1.5V

電路中的最小電流

I最小==0.25A

則滑動變阻器接入電路中的最大阻值

R2最大==12Ω

R2允許連入電路的阻值范圍是1.5Ω~12Ω。

答：(1)燈泡的額定功率是0.75W。

(2)只閉合S、S1時，燈泡1min內(nèi)最少消耗的電能是9J。

(3)只閉合S、S2時，R的滑片在a點，R2允許連入電路的阻值范圍是1.5Ω~12Ω。