Question

4．物理興趣小組同學在實驗室制作“可連續調節亮度的調光燈”，他們用一個規格為“12V 8W”的燈泡、標有“6Ω  3A”的滑動變阻器和12V學生電源以及開關和足夠的導線連成如圖甲所示的調光電路．（燈泡電阻不變）
（1）實驗過程中，同學們發現“調光燈亮度變化不大”，請你計算出小燈泡的功率變化范圍．
（2）有的同學認為只要按如圖乙所示在原電路上加一根導線，就可以增大調光燈的亮度變化范圍．請你說出此時燈泡的電壓和功率的變化范圍．

Answer 1

分析 （1）由圖甲知，L與R串聯，先計算燈泡電阻，再由I=$\frac{U}{R}$和P=I²R計算小燈泡的功率變化范圍；
（2）分析滑片在兩端時電路的連接方式，由此判斷燈泡電壓和功率變化情況．

解答 解：
（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得燈泡電阻：
R_L=$\frac{（{U}_{額}）^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（12V）^{2}}{8W}$=18Ω，
由圖甲可知，L與R串聯，當滑片在左端時，變阻器連入阻值為0，
U_L=U=12V，燈泡正常發光，所以此時燈泡正常發光，P_L=P_額=8W，
當滑片P在右端時，變阻器連入阻值最大，由I=$\frac{U}{R}$和P=I²R可得，小燈泡的功率：
P_L=I²R_L=（$\frac{U}{R+{R}_{L}}$）²×R_L=（$\frac{12V}{6Ω+18Ω}$）²×18Ω=4.5W，
所以小燈泡的功率變化范圍為：4.5～8W；
（2）由乙圖，當滑動變阻器的滑片在最右端時，燈泡短路，所以燈泡兩端電壓為0，功率為0W，
當滑動變阻器的滑片在最左端時，R與L并聯，
由并聯電路特點知，此時燈泡兩端電壓U_L=U=12V，所以燈泡正常工作，燈泡的電功率為8W，
所以燈泡的電壓變化范圍是0-12V，功率變化范圍是0～8W．
答：（1）小燈泡的功率變化范圍為：4.5～8W；
（2）燈泡的電壓變化范圍是0-12V，功率變化范圍是0～8W．

點評 本題考查了動態電路分析，考查了串聯和并聯電路特點以及歐姆定律、電功率公式的應用，要求學生能認直審題，并能靈活應用所學物理知識進行分析判斷．