Question

某科学兴趣小组的同学在实验室发现一个有趣的元件（如图甲所示）：透明玻璃壳内有一个标有“6V 3W”字样的小灯泡L（阻值不变）和一个由一种特殊金属丝制成的导体R，A、B、C是其外露的三个接线柱．为进一步了解导体R的某些特征，他们使用了如图乙所示电源电压恒为6伏的实验装置：把导线M，N分别与A，C接线柱相连，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，测得了一组电流表和电压表的读数，并绘制成图丙所示曲线．
（1）小灯泡L的电阻值为______Ω，当它正常工作时，通过的电流是______A．
（2）小明同学在原来连线的基础上，再用导线连接A、B两个接线柱，闭合开关S，把滑片P移到a端，此时电流表的示数是多少安培？
（3）若把导线M、N分别接到A、B接线柱上，闭合开关S，把滑片P移到a端，则小灯泡消耗的电功率为多少？（温馨提示：本小题可用作图法辅助求解）

Answer

（1）由灯的铭牌求出灯丝电阻和灯正常工作时的电流；
（2）再用导线连接A、B两个接线柱，闭合开关S，把滑片P移到a端，画出此时的等效电路图（电阻R和灯L并联），利用欧姆定律求IL，再从图中找出当电压为6V时通过R的电流值I，利用并联电路的电流特点求电流表的示数；
（3）把导线M、N分别接到A、B接线柱上，闭合开关S，把滑片P移到a端，画出此时的等效电路图（电阻R和灯L串联），做出灯的U-I图象，找出当电流相等时的电压值，利用电功率的公式求解．
【解析】
（1）灯丝电阻：
，
灯正常工作时的电流：
；
（2）再用导线连接A、B两个接线柱，闭合开关S，把滑片P移到a端，如右上图所示，
∵U=6V，R与L并联
∴由图丙可知：I=0.45A，
∴I=I+IL=0.45A+0.5A=0.95A，此时电流表的示数为0.95A．
（3）把导线M、N分别接到A、B接线柱上，闭合开关S，把滑片P移到a端，如右下图所示，
∵R与L串联，
∴U=UL′+U′=IL′RL+U′=I′RL+U′，
即：6V=12Ω×I′+U′，-----①
在图丙中做①的图象，与原曲线相交得到：
I′=0.3A，此时U′=2.4V，
PL′=UL′IL′=（U-U′）I′=（6V-2.4V）×0.3A=1.08W．
答：（1）小灯泡L的电阻值为12Ω，当它正常工作时，通过的电流是0.5A；
（2）小明在原来连线的基础上，再用导线连接A、B两个接线柱，闭合开关S，把滑片P移到a端，此时电流表的示数是0.95A；
（3）若把导线M、N分别接到A、B接线柱上，闭合开关S，把滑片P移到a端，则小灯泡消耗的电功率为1.08W．