Question

如圖所示電路，電源電壓為9V，保持不變，定值電阻R₀的阻值為20Ω，燈泡L上標(biāo)有“6V3W”字樣，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“20Ω1A”字樣．當(dāng)開關(guān)S₂斷開，S、S₁閉合時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡L正常發(fā)光（設(shè)燈泡電阻不變）．求：

（1）燈泡L的電阻值；

（2）燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值；在5min內(nèi)，滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量；

（3）要使整個(gè)電路消耗的電功率最小，應(yīng)如何操作？并求出此時(shí)整個(gè)電路的電功率（不考慮電路中無電流通過的情況）

 

Answer 1

 （1）燈泡正常工作時(shí)的電流I_額===0.5A，

燈泡的電阻R_L===12Ω；

（2）當(dāng)開關(guān)S₂斷開，S、S₁閉合時(shí)，燈L和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)；

∵燈泡正常工作，

∴電路中的電流I=I_額=0.5A，

滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U﹣U_額=9V﹣6V=3V，

∴R_滑===6Ω；

Q=I²R_滑t=（0.5A）²×6Ω×5×60s=450J；

（3）根據(jù)P=可知，整個(gè)電路的阻值最大時(shí)，消耗的總功率為最小，

∵R₀=20Ω＞R_L=12Ω；

∴R₀與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，且變阻器接入電路的電阻最大時(shí)，整個(gè)電路消耗的總功率為最小，即當(dāng)S、S₂閉合S₁斷開時(shí)，

則根據(jù)串聯(lián)電路的總阻值等于各電阻之和可得：

R=R₀+R_滑大=20Ω+20Ω=40Ω，

電路的最小功率P===2.025W．

答：（1）燈泡L的電阻值為12Ω；

（2）燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值為6Ω；在5min內(nèi)，滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量為450J；

（3）要使整個(gè)電路消耗的電功率最小，應(yīng)S、S₂閉合S₁斷開時(shí)，此時(shí)整個(gè)電路的電功率為2.025W．