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    16．如图所示电路中，电源电压U=12V恒定不变，R1=20Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为50Ω，小灯泡L的额定电压为5V，电流表的量程（0-0.6A或0-3A）．只闭合S3，且变阻器连入电路的电阻为30Ω时，电流表的示数为0.3A．（不考虑温度对灯丝电阻的影响）求：
    （1）灯丝电阻．
    （2）只闭合S3时，要使小灯泡L正常发光，变阻器R2连入电路的阻值．
    （3）闭合S1、S2、S3，为保证不损坏电流表，变阻器R2的阻值可调范围和电流表的变化范围．
    （4）只闭合S1、S3时，电路消耗的最小功率．

    分析 （1）只闭合S3时，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出灯丝的电阻；
    （2）只闭合S3时，灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据欧姆定律和串联电路的电流特点求出电路中的电流，利用串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，利用欧姆定律求出变阻器R2连入电路的阻值；
    （3）闭合S1、S2、S3时，R1与R2并联，电流表测干路电流，根据欧姆定律求出通过R1的电流，然后确定电流表的量程；当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电流表的示数最小，根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出其大小；当电流表的示数最大为3A时，滑动变阻器接入电路中的电阻最小，根据并联电路的电流特点求出通过滑动变阻器的电流，利用欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最小值即可得出答案；
    （4）只闭合S1、S3时，R2与L串联后再与R1并联，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路消耗的总功率最小，根据串联电路和并联电路的特点以及P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出其大小．

    解答 解：（1）只闭合S3时，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电流表测电路中的电流，
    由I=$\frac{U}{R}$可得，电路中的总电阻：
    R=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.3A}$=40Ω，
    因串联电路中的总电阻等于各分电阻之和，
    所以，灯丝的电阻：
    RL=R-R2=40Ω-30Ω=10Ω；
    （2）只闭合S3时，灯泡正常发光时的电压为5V，
    因串联电路中各处的电路相等，
    所以，电路中的电流I′=IL=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{5V}{10Ω}$=0.5A，
    因串联电路中总电压等于各分电压之和，
    所以，滑动变阻器两端的电压：
    U2=U-UL=12V-5V=7V，
    滑动变阻器接入电路中的电阻：
    R2=$\frac{{U}_{2}}{I′}$=$\frac{7V}{0.5A}$=14Ω；
    （3）闭合S1、S2、S3时，R1与R2并联，电流表测干路电流，
    因并联电路中各支路两端的电压相等，
    所以，通过R1的电流：
    I1=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{12V}{20Ω}$=0.6A，
    则电流表的量程为0～3A，
    当滑动变阻器接入电路中的电阻R2=60Ω时电流表的示数最小，
    因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
    所以，电流表的最小示数：
    Imin=$\frac{U}{{R}_{1}}$+$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{12V}{20Ω}$+$\frac{12V}{60Ω}$=0.6A+0.2A=0.8A，
    当电流表选接0～3A，且示数为3A时，滑动变阻器接入电路中的电阻最小，
    此时通过滑动变阻器的电流：
    I2=Imax-I1=3A-0.6A=2.4A，
    滑动变阻器接入电路中的最小阻值：
    R2′=$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{12V}{2.4A}$=5Ω，
    即R2取值范围为5Ω～60Ω，电流表的示数范围为3A～0.8A；
    （4）只闭合S1、S3时，R2与L串联后再与R1并联，
    当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路消耗的总功率最小，
    则P小=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$+$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2大}+{R}_{L}}$=$\frac{（12V）^{2}}{20Ω}$+$\frac{（12V）^{2}}{50Ω+10Ω}$=9.6W．
    答：（1）灯丝电阻为10Ω；
    （2）只闭合S3时，要使小灯泡L正常发光，变阻器R2连入电路的阻值为14Ω；
    （3）闭合S1、S2、S3，为保证不损坏电流表，R2取值范围为5Ω～60Ω，电流表的示数范围为3A～0.8A；
    （4）只闭合S1、S3时，电路消耗的最小功率为9.6W．

    点评 本题考查了串联电路特点和并联电路的特点以及欧姆定律、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辨别和知道灯泡正常发光时的电压与额定电压相等，要注意滑动变阻器变化时和电流表示数的对应关系．

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