题目内容

(2007?宜宾)某科学兴趣小组的同学在实验室发现一个有趣的元件(如图甲所示):透明玻璃壳内有一个标有“6V 3W”字样的小灯泡L(阻值不变)和一个由一种特殊金属丝制成的导体R0,A、B、C是其外露的三个接线柱.为进一步了解导体R0的某些特征,他们使用了如图乙所示电源电压恒为6伏的实验装置:把导线M,N分别与A,C接线柱相连,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,测得了一组电流表和电压表的读数,并绘制成图丙所示曲线.
(1)小灯泡L的电阻值为
12
12
Ω,当它正常工作时,通过的电流是
0.5
0.5
A.
(2)小明同学在原来连线的基础上,再用导线连接A、B两个接线柱,闭合开关S,把滑片P移到a端,此时电流表的示数是多少安培?
(3)若把导线M、N分别接到A、B接线柱上,闭合开关S,把滑片P移到a端,则小灯泡消耗的电功率为多少?(温馨提示:本小题可用作图法辅助求解)
分析:(1)由灯的铭牌求出灯丝电阻和灯正常工作时的电流;
(2)再用导线连接A、B两个接线柱,闭合开关S,把滑片P移到a端,画出此时的等效电路图(电阻R0和灯L并联),利用欧姆定律求IL,再从图中找出当电压为6V时通过R0的电流值I0,利用并联电路的电流特点求电流表的示数;
(3)把导线M、N分别接到A、B接线柱上,闭合开关S,把滑片P移到a端,画出此时的等效电路图(电阻R0和灯L串联),做出灯的U-I图象,找出当电流相等时的电压值,利用电功率的公式求解.
解答:解:(1)灯丝电阻:
RL=
U
2
L
PL
=
(6V)2
3W
=12Ω
,
灯正常工作时的电流:
IL=
PL
UL
=
3W
6V
=0.5A
;
(2)再用导线连接A、B两个接线柱,闭合开关S,把滑片P移到a端,如下图所示,

∵U=6V,R0与L并联
∴由图丙可知:I0=0.45A,
∴I=I0+IL=0.45A+0.5A=0.95A,此时电流表的示数为0.95A.
(3)把导线M、N分别接到A、B接线柱上,闭合开关S,把滑片P移到a端,如下图所示,

∵R0与L串联,
∴U=UL′+U0′=IL′RL+U0′=I0′RL+U0′,
即:6V=12Ω×I0′+U0′,-----①
在图丙中做①的图象,与原曲线相交得到:

I0′=0.3A,此时U0′=2.4V,
PL′=UL′IL′=(U-U0′)I0′=(6V-2.4V)×0.3A=1.08W.
答:(1)小灯泡L的电阻值为12Ω,当它正常工作时,通过的电流是0.5A;
(2)小明在原来连线的基础上,再用导线连接A、B两个接线柱,闭合开关S,把滑片P移到a端,此时电流表的示数是0.95A;
(3)若把导线M、N分别接到A、B接线柱上,闭合开关S,把滑片P移到a端,则小灯泡消耗的电功率为1.08W.
点评:本题考查了学生对灯铭牌的理解和运用、电路动态分析、串并联电路的特点,涉及到画电路图、作U-I图象,属于难题.
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