问题详情:
如图所示的电路中,电源电压恒定不变,电压表的量程为0~15V,电流表的量程为0~0.6A,灯L上标有“6V 3W”字样(不考虑灯丝电阻随温度的变化),定值电阻R2=30Ω.当只闭合开关S1、S2,调节滑片P至距B端一处时,灯L正常工作;当只闭合开关S1、S3,调节滑片P至中点处时,电流表示数为0.3A,求:
(1)灯泡的电阻;
(2)电源电压;
(3)在保*电路各元件安全的情况下,只闭合开关S1、S2时,灯L消耗的电功率范围。
【回答】
(1)灯泡的电阻为12Ω;
(2)电源电压为18V;
(3)在保*电路各元件安全的情况下,只闭合开关S1、S2时,灯L消耗的电功率范围为0.75W~3W。
【分析】(1)知道灯泡的额定电压和额定功率,根据P=UI=求出灯泡的电阻;
(2)当只闭合开关S1、S2,调节滑片P至距B端一处时,R1与L串联,根据串联电路的电流特点和P=UI求出电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压;当只闭合开关S1、S3,调节滑片P至中点处时,R2与R1串联,电流表测电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压,然后联立等式即可求出电源电压;
(3)只闭合开关S1、S2时,R1与L串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,此时灯泡可以正常发光,其功率等于额定功率;当电压表的示数最大时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,灯泡的功率最小,根据串联电路的电压特点求出此时灯泡两端的电压,利用P=UI=求出灯L消耗的最小电功率,然后得出灯L消耗的电功率范围。
【解答】(1)由P=UI=可得,灯泡的电阻:
RL===12Ω;
(2)当只闭合开关S1、S2,调节滑片P至距B端一处时,R1与L串联,
因串联电路中各处的电流相等,
所以,由P=UI可得,电路中的电流:
I1=IL===0.5A,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,由I=可得,电源的电压:
U=I1(RL+R1)=0.5A×(12Ω+R1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当只闭合开关S1、S3,调节滑片P至中点处时,R2与R1串联,电流表测电路中的电流,
则电源的电压:
U=I2×(R2+R1)=0.3A×(30Ω+R1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得:U=18V,R1=60Ω;
(3)只闭合开关S1、S2时,R1与L串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流,
此时灯泡可以正常发光,其最大功率为3W,
当电压表的示数U1=15V时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,电路中的电流最小,灯泡的功率最小,
此时灯泡两端的电压:
UL′=U﹣U1=18V﹣15V=3V,
灯L消耗的最小电功率:
PL′===0.75W,
所以,灯L消耗的电功率范围为0.75W~3W。
【点评】本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的综合应用,要注意灯泡正常发光时的功率和额定功率相等。
知识点:电功率
题型:计算题