Question

3．在實驗室里，老師為甲、乙兩組同學(xué)分別提供了如下的器材：L_l燈“4V 4W”，L₂燈“4V 1W”，滑動變阻器一個（0-100Ω），開關(guān)一只，一個電壓為8V的電源，導(dǎo)線若干，讓甲、乙兩組同學(xué)分別設(shè)計使兩燈同時正常發(fā)光的電路，甲組同學(xué)設(shè)計了如圖a所示電路．
（1）請你計算出兩燈同時正常發(fā)光時，該電路的總功率；
（2）利用現(xiàn)有器材，幫助乙組同學(xué)設(shè)計一個與甲組不同的電路，在下面方框內(nèi)（圖b）畫出電路圖，并計算你所設(shè)計電路中滑動變阻器接入電路的阻值；
（3）請你對甲、乙兩組同學(xué)設(shè)計的電路進(jìn)行合理的評價．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意求出電路中的總電流，利用P=UI求出電路的總功率；
（2）利用串聯(lián)分壓作用和并聯(lián)的分流特點設(shè)計電路；
（3）從節(jié)能，安全方面分析優(yōu)缺點．

解答 解：（1）因為亮燈都正常發(fā)光，根據(jù)電路圖可知，亮燈并聯(lián)，則兩燈正常發(fā)光時各自的電流分別為：
由P=UI可得：I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{4W}{4V}$=1A；
I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{1W}{4V}$=0.25A
電路總電流為：I=I₁+I₂=1A+0.25A=1.25A，
電路的總功率為：P=UI=8V×1.25A=10W；
（2）因為要求亮燈都正常發(fā)光，則實際電壓等于額定電壓即都為4V時，由于L₁的額定電流大于L₂的額定電流，則利用滑動變阻器分流使得L₂能正常發(fā)光，電路圖設(shè)計如圖：

由于滑動變阻器與L₂并聯(lián)，則其電流為I′=1A-0.25A=0.75A，兩端電壓為：U′=4V，
此時應(yīng)該接入阻值為R=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{4V}{0.75A}$≈5.33Ω；
（3）由（2）可知當(dāng)兩燈都正常發(fā)光時，電路消耗的總功率為：P=UI=8V×1A=8W＜10W，由此可知相同時間內(nèi)消耗的電能少，更節(jié)能．
答：（1）兩燈同時正常發(fā)光時，該電路的總功率10W；
（2）電路設(shè)計如上圖；電路中滑動變阻器接入電路的阻值5.33Ω；
（3）乙比甲更節(jié)能．

點評 此題為一實驗設(shè)計題，考查知識較多，電路總功率的計算、電路的設(shè)計以及電阻的求解等，屬于難點．