Question

3．圖甲中，電源電壓保持不變．燈泡L₁、L₂分別標(biāo)有“6V 4.8W”和“6V 3W”字樣，滑動變阻器R的最大阻值為20Ω．閉合開關(guān)S，將滑片從阻值最大端向左滑動，直至其中一盞燈正常發(fā)光，另一盞燈不損壞為止．圖乙是根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)描繪的其中兩燈的I-U關(guān)系圖象，則：
（1）正常發(fā)光的是燈L₁還是L₂？其正常發(fā)光時阻值多大？
（2）滑動變阻器接入電路的最小阻值多大？
（3）電路總功率的變化范圍？

Answer 1

分析 （1）由P=UI計算兩燈正常發(fā)光電流，燈泡正常發(fā)光時的電壓等于額定電壓，由圖分析能正常發(fā)光的燈泡，根據(jù)歐姆定律計算正常發(fā)光時阻值；
（2）當(dāng)變阻器連入阻值最大時，由圖象根據(jù)電路特點和歐姆定律計算出電源電壓；
當(dāng)電路中電流最大時，變阻器連入阻值最小，由串聯(lián)電路特點和滑動變阻器接入電路的最小阻值；
（3）由P=UI計算電路總功率的變化范圍．

解答 解：
（1）由圖甲知，兩燈、滑動變阻器三者串聯(lián)，
由P=UI可得L₁正常發(fā)光電流：I_額1=$\frac{{P}_{額1}}{{U}_{額1}}$=$\frac{4.8W}{6V}$=0.8A，
L₂正常發(fā)光電流：I_額2=$\frac{{P}_{額2}}{{U}_{額2}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A，
串聯(lián)電路中電流處處相等，所以在不損壞燈泡的前提下，電路中電流最大為0.5A，移動滑片，能正常發(fā)光的是燈泡L₂；
由I=$\frac{U}{R}$可得，L₂正常發(fā)光時阻值：R₂=$\frac{{U}_{額2}}{{I}_{額2}}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω；
（2）由圖乙知，當(dāng)電流為0.5A，圖線B中兩端電壓U_B=6V，所以B是燈泡L₂的I-U圖象，A是燈泡L₁的I-U圖象，
當(dāng)滑動變阻器連入的阻值最大時，電路中電阻最大，此時電路中電流最小，
由圖象知此時電路電流：I_最小=0.3A，此時U₁′=1V，U₂′=2V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，變阻器R兩端的電壓：U_R′=I_最小R_最大=0.3A×20Ω=6V，
所以電源電壓：U=U₁′+U₂′+U_R′=1V+2V+6V=9V，
當(dāng)燈泡L₂正常發(fā)光時，電路中電流最大為0.5A，此時變阻器R連入阻值最小，
此時變阻器R兩端的電壓：U_R=U-U₁-U₂=9V-2V-6V=1V，
所以此時變阻器連入阻值：R_最小=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{1V}{0.5A}$=2Ω；
（3）由P=UI可得電路中最大功率：
P_最大=UI_最大=9V×0.5A=4.5W，
電路中最小功率：
P_最小=UI_最小=9V×0.3A=2.7W，
所以電路總功率的變化范圍為：2.7W～4.5W．
答：（1）正常發(fā)光的是L₂，其正常發(fā)光時阻值12Ω；
（2）滑動變阻器接入電路的最小阻值2Ω；
（3）電路總功率的變化范圍為：2.7W～4.5W．

點評 本題考查了串聯(lián)電路特點、歐姆定律以及電功率公式的應(yīng)用，能從圖象中獲取有用信息并計算出電源電壓是關(guān)鍵．