题目内容
5．如图甲所示电路中，灯泡的额定电压为6V，灯泡的U-I关系如图乙所示，电压表的量程为0～15V，电流表的量程为0～0.6A，变阻器R的最大电阻为100Ω．求：
（1）灯泡中的电流为0.4A时，灯泡的功率是多少？
（2）只闭合S1，灯泡正常工作，定值电阻R0消耗的功率P0=6W，R0的电阻和电源电压；
（3）只闭合S2，在电表的示数不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定值的情况下，整个电路功率的变化范围？
分析 （1）由图乙得出灯泡中的电流为0.4A时两端的电压，根据P=UI求出灯泡的功率；
（2）只闭合S1时，定值电阻R0与灯泡L串联，电流表测电路中的电流，灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据图乙读出通过灯泡的电流即为电路中的电流，根据P=I2R求出R0的阻值，根据欧姆定律求出R0两端的电压，利用串联电路的电压特点求出电源的电压；
（3）只闭合S2时，滑动变阻器R与灯泡串联L，电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流，比较灯泡正常发光时的电流和电流表的量程确定电路中的最大电流，此时电路消耗的总功率最大，根据P=UI求出其大小；当电压表的示数最大时，电路中的电流最小，电路消耗的总功率最小，根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压，根据图乙读出电路中的电流，根据P=UI求出最小总功率，然后得出答案．
解答 解：（1）由图乙可知，灯泡中的电流为0.4A时，两端的两端为4V，则灯泡的功率：
PL=ULIL=4V×0.4A=1.6W；
（2）只闭合S1时，定值电阻R0与灯泡L串联，电流表测电路中的电流，
因串联电路中各处的电流相等，且灯泡正常发光，
所以，由图乙可知，电路中的电流I=IL′=0.5A，
由P=I2R可得，R0的阻值：
R0=$\frac{{P}_{0}}{{I}^{2}}$=$\frac{6W}{（0.5A）^{2}}$=24Ω，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R0两端的电压：
U0=IR0=0.5A×24Ω=12V，
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=UL′+U0=6V+12V=18V；
（3）只闭合S2时，滑动变阻器R与灯泡串联L，电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流，
因灯泡正常发光时的电流为0.5A，电流表的量程为0～0.6A，
所以，电路中的最大电流为0.5A，此时电路消耗的总功率最大，
则P大=UI大=18V×0.5A=9W，
当电压表的示数UR=15V时，电路中的电流最小，电路消耗的总功率最小，
此时灯泡两端的电压：
UL″=U-UR=18V-15V=3V，
由图乙可知，电路中的电流I小=0.35A，
电路消耗的最小总功率：
P小=UI小=18V×0.35A=6.3W，
所以，整个电路功率的变化范围为6.3W～9W．
答：（1）灯泡中的电流为0.4A时，灯泡的功率是1.6W；
（2）R0的电阻为24Ω，电源电压为18V；
（3）整个电路功率的变化范围为6.3W～9W．
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电压对应通过灯泡的电流值．
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