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    5．如图所示，电源电压和小灯泡的阻值均保持不变．小灯泡R1标有“4V 1.6W”字样，R2=20Ω，滑动变阻器R3允许通过的最大电流为1A，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～3V．请画出第（2）（3）小题的等效电路图．
    （1）小灯泡的阻值R1是多少？
    （2）只闭合开关S2时，电压表的示数为2V，则R2消耗的电功率是多少？
    （3）在不损坏各电路元件的情况下，若闭合所有开关，滑动变阻器R3消耗的最大功率和最小功率之比为3：1；若只闭合开关S3，小灯泡R1消耗的电功率变化范围是多少？

    分析 （1）知道灯泡的额定电压和额定功率，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出小灯泡的阻值；
    （2）只闭合开关S2时，R1与R2串联，电压表测R1两端的电压，根据串联电路的电压特点和欧姆定律求出电路中的电流，根据P=I2R求出R2消耗的电功率；
    （3）根据电阻的串联和欧姆定律求出电源的电压；闭合所有开关时，R2与R3并联，电流表测R3支路的电流，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时其消耗的电功率最小，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$表示出滑动变阻器R3消耗的最小功率；比较滑动变阻器允许通过的最大电流和电流表的量程确定通过滑动变阻器的最大电流，根据P=UI求出滑动变阻器R3消耗的最大功率，利用滑动变阻器R3消耗的最大功率和最小功率之比为3：1求出滑动变阻器的最大阻值；只闭合开关S3时，R1与R3串联，电压表测R1两端的电压，电流表测电路中的电流，灯泡的额定电压大于电压表的量程，根据欧姆定律求出电压表的示数最大时电路中的电流，然后与电流表的量程相比较确定电路中的最大电流，根据P=I2R求出小灯泡R1消耗的最大电功率；当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时R1消耗的电功率最小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的最小电流，根据P=I2R求出小灯泡R1消耗的电功率，然后得出答案．

    解答 解：（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，小灯泡的阻值：
    R1=$\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{（4V）^{2}}{1.6W}$=10Ω；
    （2）只闭合开关S2时，等效电路图如下图所示：

    因串联电路中各处的电流相等，
    所以，电路中的电流：
    I=$\frac{{U}_{1}′}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A，
    R2消耗的电功率：
    P2=I2R2=（0.2A）2×20Ω=0.8W；
    （3）因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
    所以，电源的电压：
    U=I（R1+R2）=0.2A×（10Ω+20Ω）=6V，
    闭合所有开关，等效电路图如下图所示：

    当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，其消耗的电功率最小，
    因并联电路中各支路两端的电压相等，
    所以，滑动变阻器R3消耗的最大功率：
    P3小=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{3}}$，
    因滑动变阻器R3允许通过的最大电流为1A，电流表的量程为0～0.6A，
    所以，通过滑动变阻器的最大电流I3大=0.6A，
    则滑动变阻器R3消耗的最大功率：
    P3大=UI3大，
    因滑动变阻器R3消耗的最大功率和最小功率之比为3：1，
    所以，$\frac{{P}_{3大}}{{P}_{3小}}$=$\frac{U{I}_{3大}}{\frac{{U}^{2}}{{R}_{3}}}$=$\frac{3}{1}$，
    则R3=$\frac{3U}{{I}_{3大}}$=$\frac{3×6V}{0.6A}$=30Ω；
    只闭合开关S3时，等效电路图如下图所示：

    当电压表的示数U1″=3V时，电路中的电流：
    I1=$\frac{{U}_{1}″}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，
    因串联电路中各处的电流相等，且电流表的量程为0～0.6A，
    所以，电路中的最大电流为0.3A，
    则小灯泡R1消耗的最大电功率：
    P1大=I12R1=（0.3A）2×10Ω=0.9W，
    当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，R1消耗的电功率最小，
    因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
    所以，电路中的最小电流：
    I2=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{6V}{10Ω+30Ω}$=0.15A，
    小灯泡R1消耗的电功率：
    P1小=I22R1=（0.15A）2×10Ω=0.225W，
    所以，小灯泡R1消耗的电功率变化范围是0.225W～0.9W．
    答：（1）小灯泡的阻值R1是10Ω；
    （2）只闭合开关S2时，R2消耗的电功率是0.8W；
    （3）只闭合开关S3，小灯泡R1消耗的电功率变化范围是0.225W～0.9W．

    点评 本题考查了串并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用，关键是开关闭合、断开时电路连接方式的判断．

    练习册系列答案
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    20．下列关于物理概念的说法中，正确的是（　　）
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    B．连通器里装同种液体，在液体不流动时，各容器中的液面高度总是相同的
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    A．
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    铁螺丝钉    		C．
    铜钥匙    		D．
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    14．一颗铁质的小螺丝掉入细小狭长的小洞中，使用下列方案不能取出小螺丝的（　　）
    A．B．C．D．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    5．石墨烯--改变世界的神奇新材料．一片碳，看似普通，百度为单个原子，却使两位科学家获得诺贝尔奖．这种全新材料名为“石墨烯”，石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透明的．利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料．比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池．如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超较型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石娜为原料．因此，其应用前日景十分广阔．
    （1）石墨烯是目前世上最薄、最坚硬的纳米材料，1nm=10-7cm=10-9m；
    （2）最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了在交通信号灯和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的C（选填“A”或“B”、“C”、“D”）；
    A．透光性好B．硬度大C．导热性好D．导电性强
    （3）石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管；
    （4）通过阅读我们了解到石墨烯应用前景十分广阔，请举一例说明．

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