Question

2．某如图所示，灯泡L标有“6V 3W”字样，滑动变阻器的规格为“20Ω 1A”，电流表的量程为0～0.6A，电源电压8V不变（不考虑温度对电阻影响）．在保证各电路元件安全工作的前提下，求：
（1）灯泡L正常发光1min消耗的电能为多少？
（2）移动滑动变阻器的滑片，灯泡L的最小功率为多少？
（3）移动滑动变阻器的滑片，整个电路消耗的最大功率为多少？
（4）为了使整个电路安全，移动滑动变阻器的滑片，滑动变阻器连入电路的最小阻值是多少？

Answer 1

分析 （1）利用W=Pt求出灯正常发光时消耗的电能；
（2）当滑动变阻器滑片处于最右端时，电路中电流最小，灯泡的功率最小利用P=UI即可求出；
（3）分析各个元件正常工作时的电流，确定电路中的最大电流，利用P=UI求出整个电路中的最大电功率；
（4）通过（3）的分析求解确定滑动变阻器两端电压，利用R=$\frac{U}{I}$求出接入的最小阻值．

解答 解：（1）小灯泡正常发光1min消耗的电能为W=Pt=3W×60s=180J；
（2）由于灯泡和滑动变阻器串联，当滑动变阻器滑片处于最右端时，电路中电流最小，灯泡的功率最小，小灯泡的电阻为R_L=$\frac{{U}_{L}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω；
滑动变阻器接入的电阻为R₁=20Ω，电路中的电流为I_min=$\frac{U}{R}$=$\frac{8V}{12Ω+20Ω}$=0.25A，故小灯泡的最小功率为P_小=I_min²R_L=（0.25A）²×12Ω=0.75W；
（3）由题意可知小灯泡正常发光时的电流为I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A；滑动变阻器允许通过的最大电流为1A；电流表选择的是0～0.6A量程，在保护电路的情况下，电路中的最大电流为0.5A；
故整个电路消耗的最大功率为P=UI=8V×0.5A=4W；
（4）由以上分析解答可知，为了使整个电路安全，移动滑动变阻器的滑片，电路中的最大电流为0.5A，此时小灯泡两端电压为U′=IRL=0.5A×12Ω=6V，则滑动变阻器两端电压为U″=U-U′=8V-6V=2V，滑动变阻器连入电路的最小阻值是R_min=$\frac{U″}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω．
答：（1）灯泡L正常发光1min消耗的电能为180J；
（2）移动滑动变阻器的滑片，灯泡L的最小功率为0.75W；
（3）移动滑动变阻器的滑片，整个电路消耗的最大功率为4W；
（4）为了使整个电路安全，移动滑动变阻器的滑片，滑动变阻器连入电路的最小阻值是4Ω．

点评 该题为一道综合性题目，分析电路的状态和熟练运用公式是解题关键．