Question

【題目】如圖所示，電源電壓恒為9V，小燈泡L標(biāo)有“6V 6W”字樣，滑動(dòng)變阻器R1的最大阻值為20Ω，電阻R2的阻值為12Ω，電流表量程為0﹣3A．（不考慮燈泡電阻的變化）

（1）當(dāng)開關(guān)S1與b點(diǎn)接通，開關(guān)S2閉合時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值最大時(shí)，試問流過電阻R1的電流是多少？

（2）當(dāng)開關(guān)S1與b點(diǎn)接通，開關(guān)S2閉合時(shí)，為了保證電路各元件安全，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值至少為多少？此時(shí)電源消耗的電功率是多少？

（3）當(dāng)開關(guān)S1與a點(diǎn)接通，開關(guān)S2斷開時(shí)，在不超過電表量程和燈泡額定電壓的條件下，滑片在滑動(dòng)過程中，求滑動(dòng)變阻器R1消耗的電功率范圍．

Answer 1

【答案】（1）流過電阻R1的電流是0.45W；

（2）滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值至少為4Ω，此時(shí)電源消耗的電功率是27W；

（3）滑動(dòng)變阻器R1消耗的電功率范圍2.396W～3.375W．

【解析】試題分析：（1）當(dāng)開關(guān)S1與b點(diǎn)接通，開關(guān)S2閉合，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值最大時(shí)，R1大與R2并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律求出流過電阻R1的電流；

（2）當(dāng)開關(guān)S1與b點(diǎn)接通，開關(guān)S2閉合時(shí)，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出通過R1的電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出電流表的示數(shù)為3A時(shí)通過R1的電流，利用歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最小阻值，根據(jù)P=UI求出此時(shí)電源消耗的電功率；

（3）當(dāng)開關(guān)S1與a點(diǎn)接通，開關(guān)S2斷開時(shí)，R1與L串聯(lián)，電流表測電路中的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定電流，然后與電流表的量程相比較確定電路中的最大電流，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大時(shí)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的最小電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)表示出R1兩端的電壓，根據(jù)P=UI表示出變阻器消耗的電功率，然后根據(jù)數(shù)學(xué)知識判斷滑動(dòng)變阻器R1消耗的電功率范圍．

解：（1）當(dāng)開關(guān)S1與b點(diǎn)接通，開關(guān)S2閉合，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值最大時(shí)，R1大與R2并聯(lián)，

因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，

所以，流過電阻R1大的電流：

I1小===0.45A；

（2）當(dāng)開關(guān)S1與b點(diǎn)接通，開關(guān)S2閉合時(shí)，通過R2的電流：

I2===0.75A，

當(dāng)電流表的示數(shù)I=3A時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小，

因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，

所以，流過變阻器的電流：

I1大=I﹣I2=3A﹣0.75A=2.25A，

變阻器接入電路中的最小阻值：

R1小===4Ω，

電源消耗的電功率：

P=UI=9V×3A=27W；

（3）當(dāng)開關(guān)S1與a點(diǎn)接通，開關(guān)S2斷開時(shí)，R1與L串聯(lián)，電流表測電路中的電流，

由P=UI可得，燈泡的額定電流：

IL===1A＜3A，

則電路中的最大電流I大=1A，

燈泡的電阻：

RL===6Ω，

當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大時(shí)，電路中的電流最小，

因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，

所以，電路中的最小電流：

I小===A，

因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，

所以，U1=U﹣UL′=U﹣IRL=9V﹣I×6Ω，

R1消耗的電功率：

P1=U1I=（9V﹣I×6Ω）I=9V×I﹣I2×6Ω=6（V×I﹣I2×1Ω）=6（W﹣W+9V×I﹣I2×6Ω）=6[W﹣（A﹣I）2×1Ω]

當(dāng)I=A時(shí)，P1大=6×W=3.375A，

P1在A～A是增函數(shù)，在A～1A是減函數(shù)，

且I=A時(shí)，P1=6[W﹣（A﹣I）2×1Ω]=6[W﹣（A﹣A）2×1Ω]≈2.396W，

I=1A時(shí)，P1=6[W﹣（A﹣I）2×1Ω]=6[W﹣（A﹣1A）2×1Ω]=3W，

所以，滑動(dòng)變阻器R1消耗的電功率范圍為2.396W～3.375W．

答：（1）流過電阻R1的電流是0.45W；

（2）滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值至少為4Ω，此時(shí)電源消耗的電功率是27W；

（3）滑動(dòng)變阻器R1消耗的電功率范圍2.396W～3.375W．