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18.如圖甲所示,電源電壓U=10V,R1為定值電阻,阻值為20Ω,R為滑動變阻器,R的最大阻值為50Ω,小燈泡上標有“6V 3W”字樣,小燈泡的U-I關系如圖乙所示.求:

(1)小燈泡正常工作時通過燈絲的電流.
(2)S閉合,S1、S2都斷開時,調節滑動變阻器滑片使小燈泡兩端的電壓為4V時,滑動變阻器接入電路的阻值.
(3)S、S1、S2都閉合時,調節滑動變阻器滑片到何處時,整個電路消耗的總功率最小,這個最小功率是多少?

分析 (1)燈泡正常發光時的電壓和額定電壓相等,根據P=UI求出通過燈絲的電流;
(2)S閉合,S1、S2都斷開時,滑動變阻器與燈泡串聯,電壓表測燈泡兩端的電壓,電流表測電路中的電流,根據串聯電路的電壓特點求出變阻器兩端的電壓,根據圖象讀出通過燈泡的電流即為電路中的電流,利用歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻;
(3)S、S1、S2都閉合時,R1與滑動變阻器并聯,電流表測干路電流,當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時電路消耗的總功率最小,根據電阻的并聯求出電路中的總電阻,利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電路的最小功率.

解答 解:(1)由P=UI可得,小燈泡正常工作時通過燈絲的電流:
IL=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A;
(2)S閉合,S1、S2都斷開時,滑動變阻器與燈泡L串聯,電壓表測L兩端的電壓,電流表測電路中的電流,
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和,
所以,滑動變阻器兩端的電壓:
U=U-UL′=10V-4V=6V,
因串聯電路中各處的電流相等,
所以,由圖象可知,電路中的電流I=IL′=0.4A,
由I=$\frac{U}{R}$可得,滑動變阻器接入電路中的電阻:
R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V}{0.4A}$=15Ω;
(3)S、S1、S2都閉合時,R1與滑動變阻器并聯,電流表測干路電流,
當滑片位于b端時,接入電路中的電阻最大,電路消耗的總功率最小,
因并聯電路中總電阻的倒數等于各分電阻倒數之和,
所以,電路中的總電阻:
R=$\frac{R{R}_{1}}{R+{R}_{1}}$=$\frac{50Ω×20Ω}{50Ω+20Ω}$=$\frac{100}{7}$Ω,
電路的最小功率:
P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{總}}$=$\frac{(10V)^{2}}{\frac{100}{7}Ω}$=7W.
答:(1)小燈泡正常工作時通過燈絲的電流為0.5A;
(2)滑動變阻器接入電路的阻值為15Ω;
(3)S、S1、S2都閉合時,調節滑動變阻器滑片到b端時,整個電路消耗的總功率最小,最小功率是7W.

點評 本題考查了串并聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用,分清電路的連接方式是解題的基礎和關鍵.

練習冊系列答案
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