分析 (1)知道灯泡的额定电压和额定功率,根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出小灯泡的电阻;
(2)当开关S2闭合、S1断开,滑片P置于变阻器上的b点时,R与R0串联,Ub=8V,根据图象读出变阻器接入电路中的电阻,根据欧姆定律求出滑片在b点时的电流Ib;根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压;
只闭合S1,滑片置于a点时,Ra与L串联,根据Ia:Ib=3:5求出Ia;根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压,联立等式结合Ra:R0=12:5求出R0的阻值.然后即可求出电源电压.
(3)只闭合S1时,根据灯泡的额定电流与电流表的量程相比较确定电路中的最大电流,此时电路消耗的功率最大,根据P=UI求出电路消耗的最大总功率;
因电源的电压大于电压表的最大示数,当电压表的示数最大时电路中的电流最小,电路消耗的功率最小,根据电阻的串联求出灯泡两端的电压,根据欧姆定律求出电路中的电流,利用P=UI求出电路消耗的最小功率.
解答 解:当开关S1闭合、S2断开,滑片P置于a点时,等效电路如图甲所示;当只闭合S2,滑片P置于b点时,等效电路如图乙所示:
(1)由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得,灯泡电阻:
RL=$\frac{{U}_{额}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{(6V)^{2}}{3W}$=12Ω;
(2)当只闭合S2,滑片P置于b点时,R与R0串联,Ub=8V,由图2可知电阻Rb=16Ω,
则电流Ib=$\frac{{U}_{b}}{{R}_{b}}$=$\frac{8V}{16Ω}$=0.5A;
根据串联电路中总电阻等于各分电阻之和和欧姆定律得:
电源电压:U=Ib(Rb+R0)=0.5A×(16Ω+R0)------------①
只闭合S1,滑片置于a点时,Ra与L串联,
因Ia:Ib=3:5,所以,Ia=$\frac{3}{5}$Ib=$\frac{3}{5}$×0.5A=0.3A,
则电源电压:U=Ia(Ra+RL)=0.3A×(Ra+12Ω)----------②
由①②式和Ra:R0=12:5联立解得:R0=20Ω,
则电源电压:U=Ib(Rb+R0)=0.5A×(16Ω+20Ω)=18V.
(3)只闭合开关S1时,灯泡与R串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流;
由于灯泡的正常工作电流为IL=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A<0.6A,
所以,电路中的最大电流I最大=0.5A,
则电路消耗的最大功率:P大=UI大=18V×0.5A=9W;
因电源的电压18V大于电压表的量程15V,所以电压表的最大示数UR最大=15V,此时变阻器接入电路的阻值最大,总电阻最大,根据P总=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{总}}$可知,此时电路消耗的功率最小;
此时灯泡两端的电压:UL=U-UR最大=18V-15V=3V,
电路中的最小电流:
I最小=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{12Ω}$=0.25A,
电路消耗的最小功率:P小=UI小=18V×0.25A=4.5W.
答:(1)小灯泡的电阻为12Ω;
(2)定值电阻Ro的阻值为20Ω,电源电压U为18V;
(3)只闭合开关S1时,在电表的示数不超过量程,灯泡两端的电压不超过额定电压的情况下,电路消耗的功率范围为4.5W~9W.
点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的灵活应用,分清开关闭合、断开时电路的连接方式和图2中电压对应的电阻是关键.
科目:初中物理 来源: 题型:填空题
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科目:初中物理 来源: 题型:选择题
A. | 一个鸡蛋的质量约为500g | |
B. | 正常人脉搏跳动一次的时间约为2s | |
C. | 中考考场的室温约为50℃ | |
D. | 考试用的黑色签字笔的长度约为15cm |
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科目:初中物理 来源: 题型:选择题
A. | 人感觉舒适的气温约为45℃ | |
B. | 两个鸡蛋的重力大小约为1N | |
C. | 人正常行走的速度约为5m/s | |
D. | 教室内的一盏日光灯正常工作时的电流约为2A |
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科目:初中物理 来源: 题型:选择题
A. | 看到阳光下屋内飞舞的灰尘,这是分子在不停地作无规则的运动 | |
B. | 用手捏海绵,海绵的体积变小了,说明分子间有间隙 | |
C. | 陨石在坠入大气层时,内能增加,机械能减小 | |
D. | 在内燃机的一个工作循环中,燃气对外做功四次 |
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科目:初中物理 来源: 题型:填空题
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科目:初中物理 来源: 题型:实验探究题
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