Question

如圖甲所示為某小組設計的模擬調光燈電路，選用的電源電壓恒為6V，燈泡上標有“3.8V  1.52W”字樣，變阻器上標有“20Ω  1A”字樣．
（1）求燈泡正常發光1min消耗的電能；
（2）求燈泡正常發光時變阻器消耗的電功率；
（3）小明在調節燈泡的亮度時，發現燈泡有時會變得很亮甚至燒壞．為了避免出現上述情況，于是他在電路中串聯了一個電阻R，電路如圖乙所示．R的阻值多大比較合適？

Answer 1

【答案】分析：（1）知道燈泡的額定功率和燈泡正常工作的時間，可利用公式W=Pt計算出燈泡消耗的電能．
（2）從甲圖可知，燈泡L與滑動變阻器串聯，知道燈泡L的額定電壓和額定功率，可利用公式I=計算出燈泡正常發光時電路中的電流，又知道電源電壓，可利用串聯電路電壓的特點計算出滑動變阻器兩端的電壓，最后再利用公式P=UI計算出變阻器消耗的電功率．
（3）小燈泡的額定電壓為3.8V，若滑動變阻器的阻值過小，很可能使小燈泡燒壞，所以要串聯電阻來保護電路．即不能使燈泡由于滑動變阻器的阻值過小而燒壞，又要使燈泡能正常發光，所以乙圖中，當滑動變阻器阻值為0時，電路中的電流為0.4A，小燈泡兩端的電壓為3.8V為宜．知道電源電壓，可利用串聯電路電壓的特點計算出電阻R兩端的電壓，再利用公式R=計算出電阻R的阻值．
解答：解：（1）∵P_L=1.52W，t=1min=60s，
∴燈泡正常發光1min消耗的電能為：W=P_Lt=1.52W×60s=91.2J．
（2）∵U_L=3.8v，
∴燈泡正常發光時電路中的電流為：I===0.4A，
而電源電壓恒為U=6V，
∴滑動變阻器兩端的電壓為：U_變阻器=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
則變阻器消耗的電功率為：P_變阻器=U_變阻器I=2.2V×0.4A=0.88W．
（3）要起保護作用，即不能使燈泡由于滑動變阻器的阻值過小而燒壞，又要使燈泡能正常發光，所以乙圖中，當滑動變阻器阻值為0時，電路中的電流為0.4A，小燈泡兩端的電壓為3.8V為宜．
∴電阻R兩端的電壓為：U=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
電阻R的阻值為：R===5.5Ω．
答：（1）燈泡正常發光1min消耗的電能為91.2J．
（2）燈泡正常發光時變阻器消耗的電功率為0.88W．
（3）電阻R的阻值為5.5Ω時比較合適．
點評：此題主要考查了有關歐姆定律的應用及有關電功率的計算．解決此類題目的關鍵是注意用電器的規格型號，能夠從規格中獲取有用的信息．如額定電壓、額定功率、額定電流值．