Question

19．如图甲是电源电压恒为6V的实验装置，其中A、B、C为三个接线柱．图乙中灯泡L标有“6V 3W”字样，R是由某种金属材料制成的电阻，它的I-U关系如图丙所示．求：

（1）灯泡L正常发光时的电阻时多少？
（2）用导线连接AM、AN及BO，闭合开关S，当变阻器的滑片P移动到右端时，电流表的示数是多少？
（3）拆除连接AN及BO的导线，再用导线连接BN、CO，闭合开关S，电流表示数为0.35A时，电压表的示数为1.4V．此时，滑动变阻器连入电路的电阻和灯泡消耗的实际功率各是多少？

Answer 1

分析 （1）由灯泡的铭牌可知灯泡的额定电压和额定功率，可利用公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$计算出小灯泡L正常发光时的电阻．
（2）用导线连接AM、AN及BO，闭合开关S，把滑片P移到右端时，滑动变阻器连入电路的电阻为0，电阻R和灯泡L并联，电流表测量的是干路中的总电流，此时灯泡正常工作，通过灯泡的电流和额定电流相等，知道灯泡的额定电压和额定功率可利用公式I=$\frac{P}{U}$计算出灯泡正常工作时的电流；再从图中找出当电压为6V时通过电阻R的电流值I_R，利用并联电路的电流特点求电流表的示数．
（3）拆除连接AN及BO的导线，再用导线连接BN、CO，闭合开关S，电阻R、灯泡L和滑动变阻器串联，电流表测量电路中的电流，电压表测量的是灯泡两端的电压，根据串联电路的特点和欧姆定律即可求出滑动变阻器连入电路的电阻和小灯泡消耗的电功率．

解答 解：（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得灯泡的电阻：
R_L=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{{（6V）}^{2}}{3W}$=12Ω．
（2）用导线连接AM、AN及BO，闭合开关S，当变阻器的滑片P移动到右端时，等效电路图如图所示：

从图可知，电阻R和灯泡L并联，电流表测量的是干路中的总电流，
当电压为6V时，通过电阻R的电流值I_R为0.45A，此时灯泡正常发光，
而灯泡正常工作时的电流为：I_L=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{6V}{12Ω}$=0.5A，
所以，干路中的总电流为：I=I_L+I_R=0.45A+0.5A=0.95A．即电流表的示数为0.95A．
（3）拆除连接AN及BO的导线，再用导线连接BN、CO，闭合开关S，电阻R、灯泡L和滑动变阻器串联，等效电路图如图所示：

此时电路中的电流为I′=0.35A，
由图丙得对应0.35A的电阻R两端电压为U_R=2.5V，
根据串联电路的电压特点可知：
滑动变阻器两端电压为U_滑=U-U_L实-U_R=6V-1.4V-2.5V=2.1V，
则由欧姆定律可知：此时滑动变阻器的连入电路的阻值为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.1V}{0.35A}$=6Ω；
小灯功率为：P_L实=U_L实I′=1.4V×0.35A=0.49W．
答：（1）小灯泡L正常发光时的电阻为12Ω．
（2）此时电流表的示数为0.95A．
（3）滑动变阻器的连入电路的阻值为6Ω；小灯泡消耗的电功率为0.49W．

点评 本题考查了学生对灯铭牌的理解和运用、电路动态分析、串并联电路的特点，欧姆定律、电功率的计算，以及从图象上读取有用信息的能力，是一道较难的题目．