Question

如图甲所示为某小组设计的模拟调光灯电路，选用的电源电压恒为6V，灯泡上标有“3.8V  1.52W”字样，变阻器上标有“20Ω  1A”字样．
（1）求灯泡正常发光1min消耗的电能；
（2）求灯泡正常发光时变阻器消耗的电功率；
（3）小明在调节灯泡的亮度时，发现灯泡有时会变得很亮甚至烧坏．为了避免出现上述情况，于是他在电路中串联了一个电阻R，电路如图乙所示．R的阻值多大比较合适？

Answer 1

【答案】分析：（1）知道灯泡的额定功率和灯泡正常工作的时间，可利用公式W=Pt计算出灯泡消耗的电能．
（2）从甲图可知，灯泡L与滑动变阻器串联，知道灯泡L的额定电压和额定功率，可利用公式I=计算出灯泡正常发光时电路中的电流，又知道电源电压，可利用串联电路电压的特点计算出滑动变阻器两端的电压，最后再利用公式P=UI计算出变阻器消耗的电功率．
（3）小灯泡的额定电压为3.8V，若滑动变阻器的阻值过小，很可能使小灯泡烧坏，所以要串联电阻来保护电路．即不能使灯泡由于滑动变阻器的阻值过小而烧坏，又要使灯泡能正常发光，所以乙图中，当滑动变阻器阻值为0时，电路中的电流为0.4A，小灯泡两端的电压为3.8V为宜．知道电源电压，可利用串联电路电压的特点计算出电阻R两端的电压，再利用公式R=计算出电阻R的阻值．
解答：解：（1）∵P_L=1.52W，t=1min=60s，
∴灯泡正常发光1min消耗的电能为：W=P_Lt=1.52W×60s=91.2J．
（2）∵U_L=3.8v，
∴灯泡正常发光时电路中的电流为：I===0.4A，
而电源电压恒为U=6V，
∴滑动变阻器两端的电压为：U_变阻器=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
则变阻器消耗的电功率为：P_变阻器=U_变阻器I=2.2V×0.4A=0.88W．
（3）要起保护作用，即不能使灯泡由于滑动变阻器的阻值过小而烧坏，又要使灯泡能正常发光，所以乙图中，当滑动变阻器阻值为0时，电路中的电流为0.4A，小灯泡两端的电压为3.8V为宜．
∴电阻R两端的电压为：U=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
电阻R的阻值为：R===5.5Ω．
答：（1）灯泡正常发光1min消耗的电能为91.2J．
（2）灯泡正常发光时变阻器消耗的电功率为0.88W．
（3）电阻R的阻值为5.5Ω时比较合适．
点评：此题主要考查了有关欧姆定律的应用及有关电功率的计算．解决此类题目的关键是注意用电器的规格型号，能够从规格中获取有用的信息．如额定电压、额定功率、额定电流值．