Question

18．如图所示，电源电压U=6V且保持不变，R₁=10Ω，R₂是最大阻值为60Ω的滑动变阻器，L是标有“6V，0.72W”字样的灯泡，灯泡灯丝电阻不变．
（1）当R₂的滑片P到最左端时，要使灯泡L正常发光，S₁、S₂各应处于什么状态？
（2）灯泡电阻多大？当S₁、S₂都断开，10分钟内灯泡L消耗的电能是多少？
（3）调节滑动变阻器滑片，闭合S₁、S₂，当电流表示数最小时，整个电路消耗的电功率是多少？

Answer 1

分析 （1）由题知，灯的额定电压等于电源电压，当R₂的滑片滑到最左端时，滑动变阻器连入电阻为0，为使灯正常发光，R₁不连入，R₂支路断开，据此分析判断；
（2）当S_l、S₂都断开时，R₁和电灯串联，根据电灯的额定电压和额定功率可求灯丝电阻，已知R₁电阻，可求电路中的电流，又知道通电时间，可求出电灯消耗的电能；
（3）当S₁、S₂都闭合时，R₂与灯并联，电流表测的是干路电流，当滑动变阻器的电阻全连入时，干路电流最小、电流表的示数最小，先求出通过灯的电流，再求出通过滑动变阻器的电流，进而求出干路电流，再利用P=UI求整个电路消耗的电功率．

解答 解：
（1）由图知，当R₂的滑片滑到最左端时，滑动变阻器连入电阻为0，若闭合S₂，电灯将被短路，所以S₂应断开；
为使灯正常发光，灯的两端的电压应等于电源电压，应闭合S₁，使R₁不连入；这样，电路中只有电灯接在电源上，能正常发光；
所以，当R₂的滑片P到最左端时，要使灯泡L正常发光，S₁闭合、S₂断开；
（2）当S_l、S₂都断开时，R₁和电灯串联，
R_L=$\frac{U_额^2}{P_额}$=$\frac{{（6V）}^{2}}{0.72W}$=50Ω．
电路中的电流：
I=$\frac{U}{{{R_1}+{R_L}}}$=$\frac{6V}{10Ω+50Ω}$=0.1A，
10分钟内灯泡L消耗的电能：
W_L=I²R_Lt=（0.1A）²×50Ω×10×60s=300J；
（3）当S₁、S₂都闭合时，R₂与灯并联，当滑动变阻器的电阻全连入时，干路电流最小、电流表的示数最小，
I₂=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{6V}{60Ω}$=0.1A，
I_L=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{6V}{50Ω}$=0.12A，
干路电流：
I=I₂+I_L=0.1A+0.12A=0.22A，
整个电路消耗的电功率：
P=UI=6V×0.22A=1.32W．
答：（1）当R₂的滑片P到最左端时，要使灯泡L正常发光，S₁闭合、S₂断开；
（2）灯泡电阻为50Ω；当S₁、S₂都断开，10分钟内灯泡L消耗的电能是300J；
（3）调节滑动变阻器滑片，闭合S₁、S₂，当电流表示数最小时，整个电路消耗的电功率是1.32W．

点评 本题考查了电功、电功率的计算，涉及到电路动态分析，能分析电路图得出当两开关都闭合和都断开时的电路组成是本题的关键（最好画出等效电路图帮助分析）．