Question

一小灯泡额定电压为2.5V，小灯泡电流随电压变化的曲线如图甲所示，将它连入如图乙所示电路中，电源电压为6V且保持不变．
求：（1）小灯泡的额定功率；
（2）为保证小灯泡正常发光，此时滑动变阻器连入电路的电阻大小；
（3）当电流表的示数为0.15A时，滑动变阻器在1min内消耗的电能．

Answer 1

【答案】分析：（1）先从图甲中找出电压U=2.5V时对应的电流（额定电流），然后根据公式P=UI就可以算出小灯泡的额定功率；
（2）当小灯泡两端的实际电压等于额定电压时，小灯泡正常发光，根据这一点我们可以先确定小灯泡的电压应为2.5V，然后根据串联电路电压规律算出滑动变阻器两端的电压，再用滑动变阻器的电压除以灯泡的额定电流（串联，通过灯泡电流等于滑动变阻器的电流），这样就算出了滑动变阻器连入电路的电阻大小；
（3）要求滑动变阻器在1min内消耗的电能是多少，根据公式W=Pt可知，就需要先算出滑动变阻器消耗的功率是多少．要求滑动变阻器消耗的功率是多少，根据公式P=UI可知，就需要先算出滑动变阻器两端的电压是多少（题中已经告诉电流为0.15A）．而要算此时滑动变阻器两端的电压是多少，就不能用公式U=IR去计算了，因为此时滑动变阻器连入的阻值我们并不能直接算出来．这就需要我们换个思路去分析：因为图甲是小灯泡的电流-电压关系图象，那我们就可以先从图甲上找出当电流等于0.15A时，对应的灯泡电压是多少，然后根据串联电路电压规律再算出滑动变阻器两端的电压，从而最终就可以求出滑动变阻器在1min内消耗的电能．
解答：解：（1）由图甲可知小灯泡的额定电流为I_L=0.2A，所以小灯泡的额定功率为：
P_额=U_额I_额=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）小灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压为：
U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器与小灯泡串联，所以通过滑动变阻器的电流I_R=I_L=0.2A，
由欧姆定律，滑动变阻器连入电路的电阻为：
R===17.5Ω；
（3）当电流表的示数为0.15A时，小灯泡两端的电压为1.5V，则滑动变阻器两端的电压为：
U_R′=U-U_L′=6V-1.5V=4.5V，
滑动变阻器的电功率为：P=U_R′I_R′=4.5V×0.15A=0.675W，
在1min内消耗的电能为：W=Pt=0.675W×60s=40.5J．
答：（1）小灯泡的额定功率是0.5W．
（2）为保证小灯泡正常发光，此时滑动变阻器连入电路的电阻大小是17.5Ω．
（3）当电流表的示数为0.15A时，滑动变阻器在1min内消耗的电能是40.5J．
点评：解答计算题时，我们要围绕公式、规律、题意、电路图等去进行分析．本题考查了学生分析图象的能力、综合解决问题的能力，是一道难易适中的电学计算题．