小明同学学习了电学知识后,设计了一个调光台灯,灯泡L上标有“6V 3W”的字样,可手头只有9V的恒压电源,于是

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  • 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.