题目内容
4．
在如图所示电路中，电源电压保持不变，滑动变阻器R1的阻值范围是0～20Ω，R2=40Ω，灯泡L标有“6V 3W”字样．（1）闭合开关S、S1和S2，用电压表测得CD间的电压是8V，整个电路消耗的最小电功率为多少？
（2）断开开关S、S1和S2，在CD间接入一个量程为0～3V的电压表，再闭合S，为了保护电路中的各个元件，求滑动变阻器的滑片P只能在阻值为多大的范围内？
分析 （1）当闭合开关S、S1和S2时，电阻R2和滑动变阻器并联；根据并联电路电阻特点可知，并入的电阻越大，总电阻越大，再根据P=$\frac{{U}^{2}}{P}$可知，当电源电压不变时，总电阻越大、电功率越小；所以当滑动变阻器接入电阻最大时，电路总功率最小．
（2）已知灯泡L的规格“6V 3W”，根据R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出灯泡的电阻，根据欧姆定律求出灯泡的额定电流；由串联电路电流特点和欧姆定律可知，当灯泡正常工作时，滑动变阻器接入电路的电阻值最小，先求出滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的最小阻值；
当电源的电压不变，滑动变阻器接入电路的阻值增大时，电路中的电流减小，灯泡两端的电压减小，滑动变阻器两端的电压增大，增大到电压表的示数为3V时，滑动变阻器接入电路阻值最大；根据串联电路电压特点求出灯泡两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流、求出此时滑动变阻器接入电路的最大电阻值，即可找到滑动变阻器的滑片P调节的阻值范围．
解答 解：（1）闭合开关S、S1和S2，等效电路图如图：
电阻R2和滑动变阻器并联，
由并联电路电阻特点可得：
电路总电阻R总=$\frac{{R}_{1}{R}_{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{40Ω×{R}_{1}}{40Ω+{R}_{1}}$=$\frac{40Ω}{1+\frac{40Ω}{{R}_{1}}}$，
当R1的阻值最大时，总电阻最小，
即R总=$\frac{40Ω}{1+\frac{40Ω}{20Ω}}$=$\frac{40}{3}$Ω，
根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知：总电阻最大时，电路消耗的电功率最小，
整个电路消耗的最小电功率
P小=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{总}}$=$\frac{（8V）^{2}}{\frac{40}{3}Ω}$=4.8W
（2）已知灯泡的额定电压UL=6V，额定功率P=3W，
灯泡的电阻：RL=$\frac{{U}_{L}^{2}}{P}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω；
灯泡的额定电流：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{6V}{12Ω}$=0.5A
当在CD间接一个量程为0～3V的电压表时 
，等效电路图如图：
灯泡的功率不得超过额定功率
灯泡正常工作时，滑动变阻器接入电路的电阻值最小
滑动变阻器两端的电压：
U1=U-UL=8V-6V=2V，
滑动变阻器接入电路的阻值为：
R1′=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
当滑动变阻器两端的电压为U″=3V时，
灯泡两端的电压：
UL″=U-U″=8V-3V=5V，
电路中的电流：
I″=$\frac{{U}_{L}″}{{R}_{L}}$=$\frac{5V}{12Ω}$=$\frac{5}{12}$A，
此时滑动变阻器接入电路的电阻值为：
R″=$\frac{U″}{I″}$=$\frac{3V}{\frac{5}{12}A}$=7.2Ω．
答：（1）闭合开关S、S1和S2，整个电路消耗的最小电功率为4.8W；
（2）滑动变阻器的滑片P调节的阻值范围为4Ω≤R1≤7.2Ω．
点评 解决本题的关键：一是串并联电路的识别和串并联电路电压、电流特点的应用，二是根据已知条件找到滑动变阻器调节范围，三是欧姆定律和电功率公式的灵活应用．
阅读快车系列答案
如图所示是“探究物体动能大小与哪些因素有关”的实验．
运用知识解决问题：
如图所示圆台形玻璃容器放置在水平桌面，底面积为30cm2，内装250克水，水面高为7.5cm，现向杯中投入一质量为30克的木块，木块漂浮在水面时，水面上升了0.5cm，求：（不计杯重和杯壁厚度）
如图所示，用装有细沙的容器、三脚小桌和质量不同的木块做“探究重力势能大小与哪些因素有关”的实验：①该实验是通过观察比较小桌在沙子中下陷的深度来间接判断物体重力势能大小的；实验中采用的主要探究方法是转换法和控制变量法；②实验中采用质量不同的木块，是为了探究物体重力势能大小与物体质量的关系，操作时应该让木块从相同选填“相同”或“不同”）的高度自由下落；③若要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，请简要说明具体做法让同一木块从不同高度下落，比较小桌下陷的深度．
如图所示，一位杂技演员在架在两座山之间的钢丝上行走，头上还顶着一只小鸟，他的重心在什么位置时不易摔倒？他的双手拿着一根平衡棒，则这位杂技演员应该选择长的平衡棒还是短的平衡棒，是轻的平衡棒还是重的平衡棒？| A． | 一个人的身高为172dm | |
| B． | 初中物理课本的宽度约为10.5cm | |
| C． | 一块橡皮从课桌表面掉到地上的时间约为4s | |
| D． | 成年人正常步行5min通过的路程约为360m |
（1）探究光的反射定律：
| 器材 | 量角器、激光手电筒、如图纸板、平面镜． |  |
| 过程结论 | 如图实验说明，在光的反射中，反射光线、入射光线和法线在同一平面内．由图象得出，在光的反射中，反射角等于入射角． | |
| 方法 | 研究光的反射时，将一束光看成一条光线，这里运用的科学方法是模型法． | |
| 器材 | 两只相同的蜡烛a和b、刻度尺、玻璃板． |  |
| 方法 | 用蜡烛b与a所成的像完全重合，从而得出像与物大小相等，这里运用的是等效替代法． | |
| 现 象 结 论 | 移走蜡烛b，在此位置换上光屏，发现不能在光屏上得到像，这说明平面镜成虚像． |
过程 步骤 | 凸透镜放置在光具座的A点处，如图所示． （1）组装并调整实验器材，使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上，把点燃的蜡烛放在光具座的B点处时，移动光屏到某一位置恰能在光屏上成清晰、倒立等大的像，则凸透镜的焦距是10cm，此时光屏应位于图中70cm的位置． （2）再将蜡烛移到光具座的“20cm”刻度线处，则应向左（选填“左”或“右”）移动光屏，才能在光屏上得到清晰的倒立、缩小的实像 |
| 应用 | 照相机和投影仪中，成像情况与（2）问中类似的是照相机． |