Question

一小燈泡額定電壓為2.5V，小燈泡電流隨電壓變化的曲線如圖甲所示，將它連入如圖乙所示電路中，電源電壓為6V且保持不變．

求：（1）小燈泡的額定功率；
（2）為保證小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)滑動變阻器連入電路的電阻大小；
（3）當(dāng)電流表的示數(shù)為0.15A時(shí)，滑動變阻器在1min內(nèi)消耗的電能．

Answer 1

分析：（1）先從圖甲中找出電壓U=2.5V時(shí)對應(yīng)的電流（額定電流），然后根據(jù)公式P=UI就可以算出小燈泡的額定功率；
（2）當(dāng)小燈泡兩端的實(shí)際電壓等于額定電壓時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，根據(jù)這一點(diǎn)我們可以先確定小燈泡的電壓應(yīng)為2.5V，然后根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律算出滑動變阻器兩端的電壓，再用滑動變阻器的電壓除以燈泡的額定電流（串聯(lián)，通過燈泡電流等于滑動變阻器的電流），這樣就算出了滑動變阻器連入電路的電阻大小；
（3）要求滑動變阻器在1min內(nèi)消耗的電能是多少，根據(jù)公式W=Pt可知，就需要先算出滑動變阻器消耗的功率是多少．要求滑動變阻器消耗的功率是多少，根據(jù)公式P=UI可知，就需要先算出滑動變阻器兩端的電壓是多少（題中已經(jīng)告訴電流為0.15A）．而要算此時(shí)滑動變阻器兩端的電壓是多少，就不能用公式U=IR去計(jì)算了，因?yàn)榇藭r(shí)滑動變阻器連入的阻值我們并不能直接算出來．這就需要我們換個(gè)思路去分析：因?yàn)閳D甲是小燈泡的電流-電壓關(guān)系圖象，那我們就可以先從圖甲上找出當(dāng)電流等于0.15A時(shí)，對應(yīng)的燈泡電壓是多少，然后根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律再算出滑動變阻器兩端的電壓，從而最終就可以求出滑動變阻器在1min內(nèi)消耗的電能．

解答：解：（1）由圖甲可知小燈泡的額定電流為I_L=0.2A，所以小燈泡的額定功率為：
P_額=U_額I_額=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）小燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動變阻器兩端的電壓為：
U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動變阻器與小燈泡串聯(lián)，所以通過滑動變阻器的電流I_R=I_L=0.2A，
由歐姆定律，滑動變阻器連入電路的電阻為：
R=

UR

IR

=

3.5V

0.2A

=17.5Ω；
（3）當(dāng)電流表的示數(shù)為0.15A時(shí)，小燈泡兩端的電壓為1.5V，則滑動變阻器兩端的電壓為：
U_R′=U-U_L′=6V-1.5V=4.5V，
滑動變阻器的電功率為：P=U_R′I_R′=4.5V×0.15A=0.675W，
在1min內(nèi)消耗的電能為：W=Pt=0.675W×60s=40.5J．
答：（1）小燈泡的額定功率是0.5W．
（2）為保證小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)滑動變阻器連入電路的電阻大小是17.5Ω．
（3）當(dāng)電流表的示數(shù)為0.15A時(shí)，滑動變阻器在1min內(nèi)消耗的電能是40.5J．

點(diǎn)評：解答計(jì)算題時(shí)，我們要圍繞公式、規(guī)律、題意、電路圖等去進(jìn)行分析．本題考查了學(xué)生分析圖象的能力、綜合解決問題的能力，是一道難易適中的電學(xué)計(jì)算題．