Question

6．现有一个小灯泡L和一个定值电阻R，小灯泡的额定电压为4.0V，小灯泡和定值电阻的I-U图象如图所示．求：
（1）小灯泡L正常发光时的电功率．
（2）电阻R的阻值．
（3）将定值电阻R与小灯泡L串联后接入电路，电路电流为0.6A，工作5s，电路总共消耗多少电能？
（4）从图象可知，通过小灯泡的电流与小灯泡两端的电压不成正比，你分析的原因是灯丝电阻随温度变化．

Answer 1

分析 （1）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据图象读出通过灯泡的电流，根据P=UI求出灯泡正常发光时的电功率；
（2）从图象中读出任意一组R的电流和电压值，根据欧姆定律求出电阻R的阻值；
（3）将定值电阻R与小灯泡L串联后接入电路时通过它们的电流相等，根据图象读出灯泡两端的电压，根据欧姆定律求出R两端的电压，利用串联电路的电压特点求出电源的电压，利用W=UIt求出电路消耗的电能；
（4）灯泡的灯丝会随温度的变化而改变，这是造成电流与电压不成正比的真正原因．

解答 解：（1）由图可知，当U_额=4V，I_额=0.8A，
小灯泡L正常发光时的电功率：
P=U_额I_额=4V×0.8A=3.2W；
（2）由图象可知，当U_R=4V时，I_R=0.4A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，电阻R的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{R}}$=$\frac{4V}{0.4A}$=10Ω；
（3）将定值电阻R与小灯泡L串联后接入电路时，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，通过电阻R与通过小灯泡的电流：
I=I_L=I_R′=0.6A，
由图可知，灯泡两端的电压U_L=2V，
电阻R两端的电压：
U_R=I_RR=0.6A×10Ω=6V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，电源的电压：
U=U_L+U_R=2V+6V=8V，
电路总共消耗的电能：
W=UIt=8V×0.6A×5s=24J；
（4）图线弯曲说明灯泡的电阻值是变化的，不是定值，这是因为灯丝电阻随温度升高而增大，灯泡两端电压越大，通过灯的电流越大，灯泡的实际功率越大，灯丝温度越高，电阻越大，所以图线不是直线．
答：（1）小灯泡L正常发光时的电功率为3.2W；
（2）电阻R的阻值为10Ω；
（3）电路总共消耗24J的电能；
（4）灯丝电阻随温度变化．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用，关键是根据图象读出有用的信息，要注意灯丝的电阻与温度有关．