Question

12．在綜合實踐活動課上，小明設計了一個如圖所示的調光燈電路．已知電源電壓不變，燈泡L標有“6V 3W”字樣，定值電阻R₁的阻值為6Ω．閉合開關，將滑動變阻R₂的滑片P從最右端逐漸滑至最左端，記下多組對應的電壓表和電流表示數，描繪出的I-U圖線如圖乙所示．求：

（1）燈泡L正常發光時的電流和電阻；
（2）電源電壓；
（3）滑動變阻器R₂的滑片P在最右端時，燈泡L的實際功率．

Answer 1

分析 由電路圖可知，燈泡L、定值電阻R₁、滑動變阻器R₂串聯，電壓表測R₂兩端的電壓，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求出燈泡L正常發光時的電流，再根據歐姆定律求出燈泡正常發光時的電阻；
（2）由圖乙可知，當電壓表的示數為零時，電流表的示數和燈泡的額定電流相等，此時變阻器接入電路中的電阻為零，根據歐姆定律求出R₁兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點求出電源的電壓；
（3）滑動變阻器R₂的滑片P在最右端時，接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，根據圖乙可知電路中的最小電壓和電壓表的示數，根據歐姆定律求出R₁兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，根據P=UI求出燈泡L的實際功率．

解答 解：由電路圖可知，燈泡L、定值電阻R₁、滑動變阻器R₂串聯，電壓表測R₂兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）由P=UI可得，燈泡L正常發光時的電流：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，燈泡正常發光時的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω；
（2）由圖乙可知，當電壓表的示數為零時，電流表的示數I=0.5A和燈泡的額定電流相等，
此時滑動變阻器接入電路中的電阻為零，燈泡兩端的電壓U_L=6V，
此時R₁兩端的電壓：
U₁=IR₁=0.5A×6Ω=3V，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電源的電壓：
U=U_L+U₁=6V+3V=9V；
（3）滑動變阻器R₂的滑片P在最右端時，接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，
由圖乙可知，電路中的最小電壓I_小=0.3A，電壓表的示數U₂=6V，
R₁兩端的電壓：
U₁′=I_小R₁=0.3A×6Ω=1.8V，
燈泡兩端的電壓：
U_L′=U-U₁′+U₂=9V-1.8V-6V=1.2V，
燈泡L的實際功率：
P_L′=U_L′I_小=1.2V×0.3A=0.36W．
答：（1）燈泡L正常發光時的電流為0.5A，電阻為12Ω；
（2）電源電壓為9V；
（3）滑動變阻器R₂的滑片P在最右端時，燈泡L的實際功率為0.36W．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、電功率的公式的應用，關鍵是從圖象中獲取有用的信息，要注意燈泡正常發光時的電流和額定電流相等．