Question

某中學(xué)實(shí)踐小組同學(xué)按如圖所示電路探究小燈泡的工作情況．其中電源電壓保持不變，燈L上標(biāo)有“18V 18W”的字樣，電壓表所選量程為0～15V，電流表所選量程為0～3A．情況一：開(kāi)關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P移到a端時(shí)，燈L正常發(fā)光，電流表示數(shù)為2.5A；情況二：開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器的滑片P移到距a端四分之三ab長(zhǎng)度時(shí)，電壓表指針滿偏．請(qǐng)回答以下問(wèn)題：
（1）請(qǐng)計(jì)算出燈正常發(fā)光時(shí)通過(guò)它的電流和滑動(dòng)變阻器的最大阻值；
（2）請(qǐng)計(jì)算“情況二”時(shí)小燈泡的實(shí)際功率．
（3）結(jié)合本題中的數(shù)據(jù)，請(qǐng)你解釋一下：為什么在實(shí)際生活中電燈往往在剛點(diǎn)亮?xí)r更容易燒壞？（應(yīng)有必要的計(jì)算過(guò)程和數(shù)據(jù)支持）

Answer 1

【答案】分析：（1）開(kāi)關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P移到a端時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器的最大阻值并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等及并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出電源的電壓，根據(jù)P=UI求出通過(guò)燈泡的電流，利用并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流，再利用歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器的最大阻值；
（2）開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器的滑片P移到距a端四分之三ab長(zhǎng)度時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器最大阻值的串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，利用串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡兩端的電壓，利用P=UI求出小燈泡的實(shí)際功率；
（3）根據(jù)歐姆定律求出情況二中燈泡的電阻和額定電壓下燈泡的電阻，根據(jù)P=比較電壓一定時(shí)燈泡的實(shí)際功率即可判斷在實(shí)際生活中電燈往往在剛點(diǎn)亮?xí)r更容易燒壞．
解答：解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為18V，功率為18W，
開(kāi)關(guān)S閉合，滑動(dòng)變阻器的滑片P移到a端時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器的最大阻值并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，
∵并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，且燈泡正常發(fā)光，
∴電源的電壓U=U_L=18V，
根據(jù)P=UI可得，燈泡正常發(fā)光時(shí)通過(guò)的電流：
I_L===1A，
∵并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，
∴通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流：
I_滑=I-I_L=2.5A-1A=1.5A，
滑動(dòng)變阻器的最大阻值：
R_滑===12Ω；
（2）開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器的滑片P移到距a端四分之三ab長(zhǎng)度時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器最大阻值的串聯(lián)，電壓表指針滿偏說(shuō)明電壓表的示數(shù)為15V，
此時(shí)電路中的電流：
I===A，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴此時(shí)燈泡兩端的電壓U_L=U-U_滑=18V-15V=3V，
小燈泡的實(shí)際功率：
PL=U_LI=3V×A=5W；
（3）額定電壓下燈泡的電阻：
R_L額===18Ω，
燈泡兩端的電壓為3V時(shí)，燈泡的電阻；
R_L===1.8Ω，
由以上可知，燈泡的實(shí)際功率越大，溫度越高、燈絲的電阻越小，即燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高而減小，
根據(jù)P=可知，生活中家庭的電路的電壓一定，燈泡剛點(diǎn)亮?xí)r，實(shí)際功率較大，溫度升高的快，燈絲容易燒斷．
答：（1）燈正常發(fā)光時(shí)通過(guò)它的電流為1A，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為12Ω；
（2）“情況二”時(shí)小燈泡的實(shí)際功率為5W；
（3）燈絲的電阻隨溫度的升高而減小，根據(jù)P=可知，電壓一定時(shí)，燈泡剛點(diǎn)亮?xí)r，實(shí)際功率較大，所以在實(shí)際生活中電燈往往在剛點(diǎn)亮?xí)r更容易燒壞．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、閉合時(shí)和滑片處于不同位置時(shí)電路連接方式的判斷，容易出錯(cuò)的是情況二中計(jì)算燈泡的實(shí)際功率時(shí)不能用P=I²R進(jìn)行計(jì)算，因燈泡的電阻會(huì)隨溫度的變化而變化．