(2014•玉林)如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L标有“6V 3W”的字样,其电阻不随温度变化,滑动变阻器的最大阻值

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  • 解题思路:(1)小灯泡正常发光时的功率和额定功率相等,根据P=UI求出正常工作时的电流;

    (2)知道灯泡正常发光中的电压和电流,根据欧姆定律求出小灯泡的电阻;

    (3)当S闭合,S1、S2都断开,滑动变阻器滑片P从b端向a端滑过三分之一时,灯泡与变阻器的[2/3]电阻串联,由灯泡正常发光可知电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律求出电源的电压;

    (4)根据P=UI求出此时电路中的总功率,保持滑片P的位置不变,闭合S、S1、S2时,R0与变阻器的[2/3]电阻并联,根据电路消耗的总功率变化了12W可知此时电路中的总功率,根据并联电路的电压特点和P=

    U

    2

    R

    求出R消耗的电功率,进一步求出R0的电功率;要使电路消耗的总功率最小,应使滑动变阻器接入电路中的电阻最大,根据P=

    U

    2

    R

    求出变阻器消耗的最小功率,然后加上R0消耗的电功率即为电路消耗总功率的最小值.

    (1)小灯泡正常发光时的电压UL=6V,功率PL=3W,

    由P=UI可得,小灯泡正常工作的电流:

    IL=

    PL

    UL=[3W/6V]=0.5A;

    (2)由I=[U/R]可得,灯泡的电阻:

    RL=

    UL

    IL=[6V/0.5A]=12Ω;

    (3)当S闭合,S1、S2都断开,滑动变阻器滑片P从b端向a端滑过三分之一时,灯泡与变阻器的[2/3]电阻串联,

    因串联电路中各处的电流相等,且灯泡正常发光,

    所以,电路中的电流I=IL=0.5A,

    因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,

    所以,电源的电压:

    U=I(RL+[2R/3])=0.5A×(12Ω+[2/3]×18Ω)=12V;

    (4)此时电路消耗的总功率:

    P=UI=12V×0.5A=6W,

    保持滑片P的位置不变,闭合S、S1、S2时,R0与变阻器的[2/3]电阻并联,

    因电路消耗的总功率变化了12W,

    所以,电路中的总功率:

    P=12W+6W=18W,

    因并联电路中各支路两端的电压相等,

    所以,滑动变阻器消耗的电功率:

    PR=

    U2

    2R

    3=

    (12V)2

    2

    3×18Ω=12W,

    R0的电功率:

    P0=P-PR=18W-12W=6W;

    要使电路消耗的总功率最小,应使滑动变阻器接入电路中的电阻最大,

    变阻器消耗的最小功率:

    PRmin=

    U2

    R=

    (12V)2

    18Ω=8W,

    电路中的最小总功率:

    Pmin=P0+PRmin=6W+8W=14W.

    答:(1)小灯泡正常工作的电流为0.5A;

    (2)小灯泡的电阻为12Ω;

    (3)电源电压为12V;

    (4)当开关S、S1、S2都闭合时,电路消耗总功率的最小值为14W.

    点评:

    本题考点: 欧姆定律的应用;电功率的计算.

    考点点评: 本题考查了串并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的灵活应用,关键是滑动变阻器接入电路中电阻的判断.