Question

如圖是小明設(shè)計(jì)的調(diào)光電路圖，他將粗細(xì)均勻的電阻絲AB通過滑片P連入電路，小燈泡的額定電壓為10V．閉合開關(guān)S后，滑片P從最左端A滑到最右端B的過程中，小燈泡的I-U關(guān)系圖象（實(shí)線部分）如圖所示．（電阻絲AB的阻值不隨溫度變化）
求：（1）小燈泡的額定功率；
（2）電源電壓；
（3）電阻絲AB的阻值；
（4）當(dāng)AB連入電路的阻值R₁=20Ω時(shí)，通過作圖求出小燈泡實(shí)際消耗的電功率．

Answer 1

解：（1）當(dāng)滑片P在B端時(shí)，由圖得知電源電壓與小燈泡額定電壓相等為10V，對(duì)應(yīng)的電流為0.4A，
小燈泡的額定功率：P_L=U_LI_L=10V×0.4A=4W；
（2）滑片P位于最右端B時(shí)，電路為燈泡的簡但電路，此時(shí)燈泡正常發(fā)光，
∴電源的電壓U=U_L=10V；
（3）當(dāng)滑片P在A端時(shí)，由圖得小燈泡兩端的電壓U_L′=2V，電流I=0.2A，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴U_AB=U-U_L′=10V-2V=8V，
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等，
∴R_AB===40Ω；
（4）當(dāng)AB連入電路的阻值R₁=20Ω時(shí)，電燈兩端電流與電壓的關(guān)系滿足條件是：
U_燈=10V-20Ω×I，圖象如下圖所示：

由圖象可知：U_燈=4V，I_燈=0.3A，
小燈泡實(shí)際消耗的電功率：
P_燈=U_燈I_燈=4V×0.3A=1.2W．
答：（1）小燈泡的額定功率為W；
（2）電源電壓為10V；
（3）電阻絲AB的阻值為40Ω；
（4）當(dāng)AB連入電路的阻值R₁=20Ω時(shí)，通過作圖求出小燈泡實(shí)際消耗的電功率為1.2W．
分析：（1）額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，由圖2讀出燈泡兩端的電壓為10V時(shí)通過的電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率；
（2）電阻絲接入電路中的電阻為0時(shí)，電路為燈泡的簡單電路，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等可知電源的電壓；
（3）從圖象上找到當(dāng)AB完全接入電路時(shí)，燈泡對(duì)應(yīng)的電壓和電流，因?yàn)殡娮鐰B與燈泡串聯(lián)，從而得出通過電阻AB的電流，根據(jù)串聯(lián)分壓的特點(diǎn)求出AB兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電阻絲AB的阻值；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律表示出通過小燈泡電流與電壓的關(guān)系，然后做出圖象，兩圖象的交點(diǎn)即為此時(shí)通過燈泡的電流和兩端的電壓，再根據(jù)P=UI求出燈泡實(shí)際消耗的電功率．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了滑動(dòng)變阻器的使用以及歐姆定律和電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)圖象得出A點(diǎn)和B點(diǎn)對(duì)應(yīng)電表的示數(shù)，難點(diǎn)是做出當(dāng)AB連入電路的阻值R₁=20Ω時(shí)燈泡通過電流與電壓關(guān)系的圖象．