Question

16．如圖所示電路，燈L標有“3V  0.9W”，小燈泡電阻不隨溫度改變，滑動變阻器R上標有“50Ω，1A”的字樣，電壓表量程為0～3V，則燈L正常工作時的電流為0.3A．若電源電壓為4.5V且保持不變，為了保證電路中各元件安全工作，滑動變阻器允許接人電路的阻值范圍是5Ω～20Ω．

Answer 1

分析 由電路圖可知，燈泡L與滑動變阻器R串聯，電壓表測R兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）燈泡正常發光時的電壓和額定電壓相等，根據P=UI求出燈L正常工作時的電流；
（2）比較燈泡正常工作時的電流和滑動變阻器允許通過的最大電流確定電路中的最大電流，此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，根據歐姆定律求出電路中的最小阻值和燈泡的電阻，利用電阻的串聯求出變阻器接入電路中的最小阻值；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，根據串聯電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，根據串聯電路的電流特點和歐姆定律求出電路中的電流，根據歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻，然后得出答案．

解答 解：由電路圖可知，燈泡L與滑動變阻器R串聯，電壓表測R兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）由P=UI可得，燈L正常工作時的電流：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.9W}{3V}$=0.3A；
（2）因串聯電路中各處的電流相等，且燈泡正常工作時的電流為0.3A，滑動變阻器允許通過的最大電流為1A，
所以，電路中的最大電流I_大=0.3A，此時滑動變阻器接入電路中的電阻最大，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的最小阻值和燈泡的電阻分別為：
R=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{4.5V}{0.3A}$=15Ω，R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，
因串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，滑動變阻器接入電路中的最小阻值：
R_小=R-R_L=15Ω-10Ω=5Ω，
當電壓表的示數U_R=3V時，滑動變阻器接入電路中的電阻最大，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，燈泡兩端的電壓：
U_L′=U-U_R=4.5V-3V=1.5V，
電路中的電流：
I_小=$\frac{{U}_{L}′}{{R}_{L}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
滑動變阻器接入電路中的最大阻值：
R_大=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{小}}$=$\frac{3V}{0.15A}$=20Ω，
所以，滑動變阻器允許接人電路的阻值范圍是5Ω～20Ω．
故答案為：0.3；5Ω～20Ω．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用，會確定電路中的最大電流和滑動變阻器接入電路中的最小阻值是關鍵．