10.如圖甲所示,電源電壓恒定,小燈泡L上標(biāo)有“6V 3W”字樣,且燈絲電阻不隨溫度變化,R0=20Ω,滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為100Ω.求:

(1)小燈泡的電阻.
(2)只閉合S1,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P,變阻器兩端電壓與其連入電路的電阻關(guān)系如圖乙所示;當(dāng)滑片置于某點(diǎn)a時(shí),電壓表示數(shù)Ua=8V.求此時(shí)電流表示數(shù)及電源電壓.
(3)已知電壓表量程為0~15V,電流表量程為0~0.6A,在保證電路安全的情況下,只閉合S2,電路總功率的變化范圍.

分析 (1)根據(jù)燈泡銘牌,由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算小燈泡的電阻值;
(2)只閉合S1,R0與R串聯(lián),電壓表測R兩端的電壓,電流表測電路中的電流,由圖乙讀出電壓表示數(shù)Ua=8V時(shí)R的阻值,利用歐姆定律求出電流,利用電阻的串聯(lián)求出電路中的總電阻,根據(jù)歐姆定律可求出電源電壓;
(3)只閉合S2時(shí),L與變阻器R串聯(lián),電壓表測R兩端電壓,電流表測電流中電流,由燈泡的額定電流和電流表量程確定電路中最大電流,由P=UI計(jì)算電路的最大功率;當(dāng)電壓表示數(shù)最大時(shí),燈泡兩端的電壓最小,電路中電流最小,所以需根據(jù)電壓表量程確定電路中最小電流,由此計(jì)算電路的最小功率,則可得電路消耗總功率的變化范圍.

解答 解:
(1)由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得,小燈泡的電阻:RL=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{(6V)^{2}}{3W}$=12Ω; 
(2)當(dāng)只閉合S1時(shí),R0與R串聯(lián);由圖乙可知,R兩端電壓為UR=8V時(shí),R=16Ω,
電路中的電流:I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{8V}{16Ω}$=0.5A,
所以電源電壓為U=I(R0+R)=0.5A×(20+16)Ω=18V;
(3)只閉合S、S2時(shí),L與變阻器R串聯(lián),電壓表測R兩端電壓,電流表測電路中的電流,
由P=UI可得,燈泡的額定電流:
I=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A;
電流表量程0~0.6A,因?yàn)榇?lián)電路中電流處處相等,所以電路中最大電流為:I最大=I=0.5A;
則電路消耗的最大功率:P最大=UI最大=18V×0.5A=9W;
電壓表量程0~15V,當(dāng)變阻器R兩端電壓最大為15V時(shí),燈泡分得的電壓最小,電路中電流最小,電路消耗的功率最。
燈泡兩端的最小電壓:UL小=U-UR大=18V-15V=3V,
由串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律可得,電路中的最小電流:
I=$\frac{{U}_{L小}}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{12Ω}$=0.25A,
所以電路消耗的最小功率:P=UI=18V×0.25A=4.5W;
綜上所述,電路消耗總功率的變化范圍是4.5W~9W.
答:(1)小燈泡的電阻為12Ω;
(2)此時(shí)電流表示數(shù)為0.5A,電源電壓是18V;
(3)在保證電路安全的情況下,只閉合S、S2時(shí),電路消耗總功率的變化范圍是4.5W~9W.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律以及電功率公式的應(yīng)用,正確分析開關(guān)在不同狀態(tài)下的電路結(jié)構(gòu)以及根據(jù)燈泡的額定電流、電流表量程、電壓表量程確定電路中的最大電流、最小電流是解題的關(guān)鍵,同時(shí)需要從圖象中獲取有用信息.

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B.
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C.
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