题目内容

3.如图所示,电源电压为12V,R0=60Ω,滑动变阻器的规格为“50Ω 2A”,电流表的量程为“0~0.6A”,小灯泡上标有“6V 3W”字样.不考虑灯丝电阻变化,并保证电路安全.则(  )
A.S闭合,S1、S2都断开,滑动变阻器的滑片向b端滑动时,灯泡变亮
B.S闭合,S1、S2都断开,调节滑动变阻器,使小灯泡正常发光,此时滑动变阻器接入电路的电阻为8Ω
C.S、S1、S2都闭合,电路消耗的总功率最小值为2.4W
D.S、S1、S2都闭合,当电路消耗的总功率最大时,滑动变阻器接入电路的阻值是30Ω

分析 (1)S闭合,S1、S2都断开时,灯泡L与滑动变阻器串联,电流表测电路中的电流.
①根据滑片的移动可知接入电路中电阻的变化,根据欧姆定律可知电路中电流的变化,利用P=I2R可知灯泡实际功率的变化,进一步判断灯泡亮暗的变化;
②根据串联电路的电流特点和P=UI求出灯泡正常发光时的电流,根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压,利用欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的阻值;
(2)S、S1、S2都闭合时,R0与滑动变阻器并联.
①当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中消耗的总功率最小,根据并联电路的电压特点和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出电路消耗的总功率最小值;
②当电流表的示数最大时电路消耗的总功率最小,根据并联电路的电流特点求出通过R0的电流,根据并联电路的电流特点求出通过滑动变阻器的最大电流,再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻.

解答 解:(1)S闭合,S1、S2都断开时,灯泡L与滑动变阻器串联,电流表测电路中的电流,
①当滑动变阻器的滑片向b端滑动时,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,
由I=$\frac{U}{R}$可知,电路中的电流变小,
因灯泡的亮暗取决于实际功率的大小,
所以,由P=I2R可知,灯泡的实际功率变小,灯泡变暗,故A错误;
②因串联电路中各处的电流相等,且灯泡正常发光,
所以,由P=UI可得,电路中的电流:
I=IL=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A,
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-UL=12V-6V=6V,
则滑动变阻器接入电路中的电阻:
R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω,故B错误;
(2)S、S1、S2都闭合时,R0与滑动变阻器并联,
①当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中消耗的总功率最小,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,电路消耗的总功率最小值:
P小=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$+$\frac{{U}^{2}}{{R}_{滑大}}$=$\frac{(12V)^{2}}{60Ω}$+$\frac{(12V)^{2}}{50Ω}$=5.28W,故C错误;
②当电流表的示数I′=0.6A最大时,电路消耗的总功率最小,
通过R0的电流:
I0=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{12V}{60Ω}$=0.2A,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,通过滑动变阻器的最大电流:
I滑=I′-I0=0.6A-0.2A=0.4A,
滑动变阻器接入电路中的电阻:
R滑′=$\frac{U}{{I}_{滑}}$=$\frac{12V}{0.4A}$=30Ω,故D正确.
故选D.

点评 本题考查了串联电路和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的灵活运用,关键是电路连接方式的判断,要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等.

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