Question

20．如图甲所示，电源电压保持不变，小灯泡的额定电压为6V，闭合开关S后，当滑片P从R的一端滑到另一端的过程中，小灯泡的I-U关系图象如图乙所示．求：
（1）小灯泡正常发光时的电阻；
（2）小灯泡正常发光10分钟所消耗的电能；
（3）滑动变阻器的最大阻值．

Answer 1

分析 （1）由图乙I-U图象找出灯泡额定电压对应的电流，然后由欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻；
（2）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，由图象读出通过灯泡的电流，利用W=UIt求出通电30秒消耗电能；
（3）由电路图可知，当滑片位于左端时，电路为L的简单电路，电路中的电流最大，电压表测电源的电压，由图乙读出电源的大小；
当滑片位于右端时，灯泡L与滑动变阻器的最大阻值R串联，电路中的电流最小，根据图象读出两电表的示数，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值．

解答 解：
（1）由I-U图象可知，灯泡正常发光时两端的电压U_L=6V，通过灯泡的电流I_L=0.2A，
灯泡正常发光时的电阻RL=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω；
（2）灯泡正常发光时，通电10min消耗的电能：
W=U_LI_Lt=6V×0.2A×10×60s=720J；
（3）由图乙可知，电源的电压U=6V；
当滑片位于右端时，灯泡L与滑动变阻器的最大阻值R串联，电路中的电流最小，
由图乙可知，U_L′=1.5V，电路中的电流I=0.1A，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U_L=6V-1.5V=4.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑动变阻器的最大阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V}{0.1A}$=45Ω．
答：
（1）小灯泡正常发光时的电阻为30Ω；
（2）小灯泡正常发光10分钟所消耗的电能为720J；
（3）滑动变阻器的最大阻值是45Ω．

点评 分析清楚电路结构，明确各电路元件的连接方式是正确解题的前提，由I-U图象找出电压所对应的电流、熟练应用串联电路特点、欧姆定律、电功率公式是正确解题的关键．