Question

如图所示,电源电压可调,小灯泡上标有“6V，3W”的字样(不考虑温度对小灯泡电阻的影响),电流表量程0~0.6A.电压表量程0~3V,滑动变阻器规格为“20Ω，1A”。 求：

(1)小灯泡正常发光时,通过灯泡的电流多大?

(2)小灯泡正常发光100 s,消耗电能多少?

(3)电源电压调至6 V,闭合开关S₁和S₂,移动滑动变阻器滑片P使小灯泡正常发光,电流表示数为0.6 A.求R₀的阻值是多少?

(4)电源电压调至8 V,断开开关S₁,闭合开关S₂,为了保证电路安全,求滑动变阻器的阻值变化范围。

Answer

(1) 0.5A；(2) 300J；(3) 60Ω；(4) 4Ω∼7.2Ω。

【解析】

(1)小灯泡正常发光时，通过灯泡的电流

===0.5A

(2)小灯泡正常发光100 s，消耗电能

W=t=3W100s=300J

(3)闭合开关S1和S2，灯泡L与滑动变阻器R串联后再与R0并联，电流表测干路电流，电压表测R两端的电压，因并联电路中各支路两端的电压相等，且串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，灯泡正常发光时，滑动变阻器滑片P应滑到左端，电压表的示数为0V，此时通过灯泡的电流IL==0.5A，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过R0的电流：

I0=I−IL=0.6A−0.5A=0.1A

由I=可得，R0的阻值：

R0===60Ω

(4)小灯泡电阻不受温度影响，所以灯泡的电阻为

RL===12Ω

断开开关S1，闭合开关S2，灯泡L与滑动变阻器R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流，因电源的电压U′>U额，所以，灯泡正常发光时，电路中的电流最大，即I大=0.5A，此时电路中的总电阻：

R总===16Ω

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，滑动变阻器接入电路中的最小阻值：

R小=R总−RL=16Ω−12Ω=4Ω

当电压表的示数UR大=3V时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，L两端的电压：

U′L=U′−UR大=8V−3V=5V

因串联电路中各处的电流相等，所以，电路中的电流：

I′===A

滑动变阻器接入电路中的最大阻值：

R===7.2Ω

答：(1)小灯泡正常发光时，通过灯泡的电流是0.5A；

(2)小灯泡正常发光100 s，消耗电能是300J；

(3) R0的阻值是60Ω；

(4)滑动变阻器的阻值变化范围为4Ω∼7.2Ω。