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2.某课外小组在探究活动中利用多盏“2V  0.5A”的小灯泡进行了多次实验,结果发现当灯两端实际电压为额定电压的2倍时灯就会烧坏.如图所示,电源电压恒定,小灯泡上标有“2V  0.5A”的字样,滑动变阻器R2的最大阻值为50Ω,求:
(1)小灯泡正常发光时的电阻;
(2)断开开关S1,闭合开关S、S2、S3,将滑片P移到距a端的长度总长为ab的$\frac{1}{5}$位置时,小灯泡L恰好正常发光,电源电压是多少?
(3)断开开关S2,闭合开关S、S1、S3,将滑片P移到a端时,电流表示数为2A,此时电压表示数是多少?定值电阻R1的阻值是多少?

分析 (1)已知灯泡额定电压和额定电流,利用欧姆定律得到灯泡正常发光的电阻;
(2)断开开关S1,闭合开关S、S2、S3,灯泡和滑动变阻器串联,滑动变阻器接入电路电阻与长度成正比;已知滑动变阻器接入电路电阻和灯泡电阻,可以得到串联电路总电阻;已知灯泡正常发光,可以得到电路电流;已知电路电流和总电阻,可以得到电源电压;
(3)断开开关S2,闭合开关S、S1,、S3将滑片P移到a端时,灯泡和定值电阻R1并联.电压表测量电源电压,电流表测量干路电流,利用欧姆定律得到R1的阻值.

解答 解:
(1)由欧姆定律得灯泡的电阻:RL=$\frac{{U}_{L额}}{{I}_{L额}}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω;
(2)断开开关S1,闭合开关S、S2、S3,将滑片P移到距a端的长度为总长ab的$\frac{1}{5}$位置时,灯泡和滑动变阻器串联.如图所示:

滑动变阻器接入电路的电阻为R2′=$\frac{1}{5}$R2=$\frac{1}{5}$×50Ω=10Ω,
此时串联电路总电阻为R=RL+R2′=4Ω+10Ω=14Ω;
由欧姆定律得电源电压为U=IR=0.5A×14Ω=7V;
(3)断开开关S2,闭合开关S、S1、S3将滑片P移到a端时,灯泡和定值电阻R1并联.如图所示:

电压表显示电源电压U=7V;由于灯泡两端实际电压U=7V远大于灯泡的UL额=2V,所以灯泡烧坏;
所以此时电流表的示数为电阻R1的电流
由欧姆定律得:电阻R1=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{7V}{2A}$=3.5Ω.
答:
(1)小灯泡正常发光时的电阻为4Ω;
(2)电源电压为7V;
(3)电压表示数是7V;定值电阻R1的阻值是3.5Ω.

点评 分析清楚电路结构、应用串联电路特点、欧姆定律、电功率公式即可正确解题,关键是注意当断开开关S2,闭合开关S、S1,、S3将滑片P移到a端时,由于灯泡L两端的电压远大于灯泡的额定电压,所以灯泡会烧坏,此时只有R1连入电路.

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