解题思路:(1)由灯泡铭牌可知,灯泡额定电压是6V,额定功率是3W,由电功率公式的变形公式可以求出灯泡正常工作时的电流,然后由欧姆定律求出灯泡电阻.
(2)灯泡在额定电压下的功率是额定功率,由串联电路特点求出灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压,然后由欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值,这是滑动变阻器接入电路的最小阻值;当滑动变阻器全部接入电路时,灯泡功率最小,由欧姆定律求出此时电路电流,然后由电功率公式求出灯泡的实际功率,然后确定滑动变阻器阻值变化范围及灯泡功率变化范围.
(3)由电路图及题意知,滑片在最左端时,灯泡电压高于额定电压6V,根据串联电路的分压原理提出改进意见.
(1)∵P=UI,
∴灯泡正常工作时的电流:I=
P额
U额=[3W/6V]=0.5A,
∵I=[U/R],
∴灯泡电阻RL=
U额
I=[6V/0.5A]=12Ω;
(2)灯泡正常工作时,电路电流I=0.5A,
此时滑动变阻器R两端的电压:
UR=U-UL=9V-6V=3V,
∵I=[U/R],
∴滑动变阻器接入电路的阻值:
R最小=
UR
I=[3V/0.5A]=6Ω,
滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是:6Ω~18Ω;
当变阻器全部接入电路时,电路电流最小,
I最小=[U
RL+R=
9V/12Ω+18Ω]=0.3A,
此时灯泡消耗的功率最小
P最小=I最小2RL=(0.3A)2×12Ω=1.08W,
灯泡的功率的变化范围为1.08W~3W.
(3)由电路图可知,当滑片向左滑动时,
可以使灯泡的电压高于6V,而损坏灯泡,
因此小明设计的电路有缺陷;
改进方法:由(1)可知,
灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值为6Ω,
在电路中再串联接入一个阻值为6Ω的定值电阻,
可以使滑动变阻器接入电路的阻值为零时,
灯泡正常发光,改变滑动变阻器的阻值,
可以改变电路电流,该变灯泡的亮度,
使滑动变阻器真正起到单纯的调光作用,
如果在电路中再串联一个小于6Ω的定值电阻,
电路还是存在灯泡电压超过额定电压的危险,
如果在电路中串联一个阻值大于6Ω的定值电阻,
则灯泡不能正常发光,因此最佳改进方法是:
在电路中再串联一个6Ω的定值电阻.
答:(1)灯泡的电阻是12Ω,灯泡正常工作时的电流是0.5A.
(2)变阻器R的阻值变化范围是6Ω~18Ω,灯泡功率的变化范围是1.08W~3W.
(3)小明的设计有缺陷,可以在电路中再串联一个6Ω的定值电阻.
点评:
本题考点: 欧姆定律的应用;电功率的计算.
考点点评: 本题是一道电学综合计算题,熟练应用电功率公式及其变形公式、串联电路特点、欧姆定律即可正确解题.