解题思路:(1)从电路图可知,灯泡与滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,灯泡正常发光时,额定电压已知,还知道电压表的示数,可求电源电压.
(2)已知灯泡的额定电压和额定功率,根据公式R=
U
2
P
可求灯泡的电阻,再利用公式I=[U/R]可求此时电路电流,最后利用公式P=I2R求出小灯泡消耗的实际功率.
(3)在不超过小灯泡额定电压和电压表量程的情况下,灯泡允许通过的最大电流根据公式I=[P/U]可求,再利用欧姆定律求出总电阻,进一步求出滑动变阻器接入电路的电阻;电压表的最大示数为15V,求出此时电路的电流,根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的电阻.
(1)由题意,灯泡和滑动变阻器串联,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,电压表示数是12V,小灯泡正常发光,电压为6V,
因此电源电压U=UL+UR=6V+12V=18V.
答:电源电压为18V.
(2)灯泡的电阻RL=
UL2
PL=
(6V)2
3W=12Ω,滑动变阻器接入电路中的电阻为33Ω时,
此时电路电流I=[U
RL+R=
18V/12Ω+33Ω]=0.4A
∴小灯泡消耗的实际功率PL′=I2RL=(0.4A)2×12Ω=1.92W
答:小灯泡消耗的实际功率为1.92W.
(3)①不超过灯泡的额定电压,即电路中的最大电流等于灯泡的额定电流,I=
PL
UL=[3W/6V]=0.5A,
电路中总电阻最大为R总=[U/I]=[18V/0.5A]=36Ω
∴此时滑动变阻器接入电路的阻值为R=R总-RL=36Ω-12Ω=24Ω.
②电压表示数最大为15V,此时灯泡两端的电压为UL′=18V-15V=3V,电路中的电流为IL′=
UL′
RL=[3V/12Ω]=0.25A,
∴此时滑动变阻器接入电路的电阻R=
UR′
IL′=[15V/0.25A]=60Ω.
∴滑动变阻器接入电路的阻值为24Ω~60Ω.
答:滑动变阻器允许连入电路的阻值范围是24Ω~60Ω.
点评:
本题考点: 串联电路的电压规律;欧姆定律的应用;电功率的计算;实际功率.
考点点评: 本题考查电阻、电流、电压、实际功率等的计算,关键是欧姆定律及其变形的灵活运用,知道灯泡正常发光时两端的电压为额定电压,串联电路电压和电阻的规律,会分析电路的组成,难点是求滑动变阻器的阻值范围.