Question

2．如图所示的电路中，灯L标有“3V  0.9W”，滑动变阻器R上标有“20Ω 1A”的字样，电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A，则灯L正常工作时的电流为0.3A．若电源电压为4.5V，为了保证电路中各元件安全工作，滑动变阻器连入电路中的阻值范围为5Ω至20Ω．

Answer 1

分析 由电路图可知，灯泡L与滑动变阻器R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）灯泡正常发光时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出灯泡正常发光时的电流；
（2）比较灯泡正常发光时的电流和滑动变阻器允许通过的电流、电流表的量程确定电路中的最大电流，此时变阻器接入电路中的电阻最小，根据欧姆定律求出灯泡的电阻和电路中的总电阻，利用电阻的串联求出变阻器接入电路中的最小阻值；当电压表的示数最大时，变阻器接入电路中的电阻最大，根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出变阻器接入电路中的最大阻值，进一步得出滑动变阻器接入电路中的阻值范围．

解答 解：由电路图可知，灯泡L与滑动变阻器R串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）灯泡正常发光时的电压为3V，功率为0.9W，
根据P=UI可得，此时的电流：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.9W}{3V}$=0.3A；
（2）因串联电路中各处的电流相等，且滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，电流表的量程为0～0.6A，
所以，电路中的最大电流I_max=0.3A，此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小，
由I=$\frac{U}{R}$可得，灯泡的电阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，
电路中的总电阻：
R_总=$\frac{U}{{I}_{max}}$=$\frac{4.5V}{0.3A}$=15Ω，
银串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，滑动变阻器接入电路中的最小阻值：
R_min=R_总-R_L=15Ω-10Ω=5Ω；
当电压表的示数最大为3V时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，
此时灯泡两端的电压：
U_L′=U-U_Rmax=4.5V-3V=1.5V，
电路中的电流：
I_min=$\frac{{U′}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
滑动变阻器接入电路中的最大阻值：
R_max=$\frac{{U}_{Rmax}}{{I}_{min}}$=$\frac{3V}{0.15A}$=20Ω，
所以，滑动变阻器连入电路中的阻值范围是5Ω～20Ω．
故答案为：0.3；5；20．

点评 滑动变阻器的作用就是要保护电路中的各元件，并改变电路的电流、电压大小，在确定滑动范围时，应重点关注电流与电压的变化，找出最大值和最小值才能最终确定其范围，具体电路中，尤其要关注多个电压或电流的情况，必须保证每一个元件都不能超过其工作要求．