Question

16．如图所示的电路中，灯L标有“3V  0.9W”、滑动变阻器R上标有“20Ω 1A”的字样，电压表量程为0～3V，则灯L正常发光时的电流为0.3A．若电源电压为4.5V，为了保证电路中各元件安全工作，滑动变阻器连入电路中的最小阻值是5Ω；灯泡L的最小功率会达到0.225W．（忽略灯丝电阻的变化）

Answer 1

分析 由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）灯泡正常工作时的功率和额定功率相等，根据P=UI此时的电流；
（2）比较灯泡正常发光时的电流和电流表的最大示数确定电路中的最大电流，此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的最小值；
先求出灯丝的电阻，然后根据当电压表的示数最大时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，根据串联电路的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最小电流，利用P=UI求出灯泡消耗的最小总功率．

解答 解：由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）灯泡正常发光时的电压为3V，功率为0.9W，
根据P=UI可得，此时的电流：I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.9W}{3V}$=0.3A；
（2）因为串联电路中各处的电流相等，且电流表的量程为0～0.6A，所以电路中的最大电流I_max=0.3A，此时滑动变阻器接入电路中的电阻最大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，灯泡的电阻：R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，
电路中的总电阻：R_总=$\frac{U}{{I}_{max}}$=$\frac{4.5V}{0.3A}$=15Ω，
因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以滑动变阻器接入电路中的最小阻值：R_min=R_总-R_L=15Ω-10Ω=5Ω；
灯丝的电阻：R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω；
当电压表的示数最大为3V时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，
此时灯泡两端的电压：
U_L′=U-U_Rmax=4.5V-3V=1.5V，
电路中的电流：
I_min=$\frac{{U}_{L}′}{{R}_{L}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
灯泡的最小功率：P_min=UI_min=1.5V×0.15A=0.225W．
故答案为：0.3；5；0.225．

点评 滑动变阻器的作用就是要保护电路中的各元件，并改变电路的电流、电压大小，在确定滑动范围时，应重点关注电流与电压的变化，找出最大值和最小值才能最终确定其范围，具体电路中，尤其要关注多个电压或电流的情况，必须保证每一个元件都不能超过其工作要求．