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3.如图甲所示,额定电压为20V的灯泡L与滑动变阻器R串联接入电路,灯泡L的I-U图象如图乙所示.合上电键,当电源电压为10V时,灯泡的功率为1W.求:

(1)滑动变阻器接入电路的阻值和消耗的功率;
(2)若保持滑动变阻器阻值不变,且要使灯泡正常发光,则此时电源的电压是多少?

分析 (1)通过灯的电流随电压的增大而增大,根据P=UI,灯泡的功率为1W,判断此时灯的实际电压和通过的电流,根据串联电路电压的规律,求变阻器的电压,根据串联电路电流的规律和欧姆定律求滑动变阻器接入电路的阻值;根据P=UI求滑动变阻器消耗的功率;
(2)由图乙可知,要使灯泡正常发光,灯的电压和通过的电流,根据欧姆定律的变形公式,求此时变阻器的电压,根据串联电路电压的规律,求实际的电源的电压.

解答 解:(1)由图乙可知,通过灯的电流随电压的增大而增大,根据P=UI,只有当灯的电压为UL实=5V,通过的电流为I=0.2A时,灯泡的功率为1W,根据串联电路电压的规律,变阻器的电压:
U=U-UL实=10V-5V=5V,
根据串联电路电流的规律和欧姆定律I=$\frac{U}{R}$,
滑动变阻器接入电路的阻值:
R=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{实}}=\frac{5V}{0.2A}$=25Ω;
滑动变阻器消耗的功率:
P=UI=5V×0.2A=1W.
(2)由图乙可知,要使灯泡正常发光,灯的电压为10V时通过的电流为0.4A,保持滑动变阻器阻值不变,根据欧姆定律的变形公式,则此时变阻器的电压:
U′=I′R=0.4A×25Ω=10V,
根据串联电路电压的规律,实际的电源的电压是:
U′=U′+UL=10V+20V=30V.
答:(1)滑动变阻器接入电路的阻值和消耗的功率分别为25Ω和1W;
(2)若保持滑动变阻器阻值不变,且要使灯泡正常发光,则此时电源的电压是30V.

点评 本题考查串联电路的规律及欧姆定律和电功率公式的运用,关键是从图象中获取有效的信息.

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