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【题目】如图所示,灯L上标有“12V 3.6W”,定值电阻R1的阻值为10欧,滑动变阻器R2上标有“50Ω 1A”.闭合S1、S2 , 灯L正常发光.电流表、电压表的量程分别为0~3A,0~15V,求:
(1)灯正常发光时的电阻;
(2)滑动变阻器允许连入的阻值范围.
(3)断开S1、S2 , 用一个新的电源去替代原来的电源,电流表、电压表的量程分别为0~0.6A,0~3V.移动滑动变阻器的滑片过程中,要求两个电表先后均能达到满刻度且电路正常工作.求允许替换电源的范围.

【答案】
(1)解:由P= 可得灯泡电阻:

RL= = =40Ω


(2)解:闭合S1、S2,灯L与滑动变阻器R2并联,电流表测量干路中的电流;

由于灯L正常发光,则电源电压U=UL=12V;

灯正常发光时的电流为IL= = =0.3A;

所以,当滑动变阻器达到允许通过的最大电流1A时,干路电流为1A+0.3A=1.3A<3A,电流表是安全的.

所以滑动变阻器允许连入最小值为R2最小= = =12Ω,

则滑动变阻器的变阻范围为12Ω≤R≤50Ω


(3)解:断开S1、S2,R1、R2串联.

当电流表示数最大时,I最大=0.6A,U最小=I最大R总最小=0.6A×10Ω=6V;

当电压表示数最大时,U2=3V,U=U1+U2=10Ω× +3V=3.6V,

此时电流表不可能达到最大,所以3.6V舍去.

当I最大=0.6A且U2最大=3V时,U′最大=U1+U2=0.6A×10Ω+3V=9V;因题中要求两个电表先后均能达到满刻度,所以最大电压应为9V.

所以6V≤U≤9V


【解析】(1)已知灯泡额定电压和额定功率,利用公式R= 得到灯泡电阻;(2)闭合S1、S2 , 灯L、滑动变阻器R2并联.灯泡正常发光,说明电源电压等于灯泡额定电压,滑动变阻器两端电压等于额定电压,已知滑动变阻器两端电压和允许通过的最大电流,利用R= 得到滑动变阻器阻值变化范围;(3)断开S1、S2 , R1、R2串联.电压表测量滑动变阻器两端电压,电流表测量电路电流;根据电压表、电流表允许的最大电压、电流得到电源电压的变化范围.
【考点精析】认真审题,首先需要了解欧姆定律及其应用(欧姆定律的应用: ① 同一个电阻,阻值不变,与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时,通过的电流也增大.(R=U/I) ② 当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R) ③ 当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR)).

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实验次数

1

2

3

电压U/V

2.0

2.5

2.8

电流I/A

0.20

0.24

0.25


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