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.