如图所示,电源电压保持不变,小灯泡L的规格为”3V?1.5W”,定值定值R1=5Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为12Ω,电流表的量程为0~3A.
(1)闭合开关S2、断开S1、S3,当滑片P处于ab的中点时,小灯泡L恰能正常发光,求电源电压.
(2)在什么情况下整个电路的电功率最小?在此情况下,灯泡工作10min消耗的电能是多少?
网友回答
解:(1)由灯泡铭牌可知,灯泡额定电压UL额=3V,额定功率PL额=1.5W,
∵P=UI,∴灯泡正常发光时的电流I===0.5A,
由电路图可知,闭合开关S2,断开S1、S3时,
灯泡与滑动变阻器串联,等效电路图如图甲所示,
当滑片P处于a、b的中点时,小灯泡L恰能正常发光,
此时滑动变阻器接入电路的阻值R滑===6Ω;
∵I=,∴滑动变阻器两端电压U滑=IR滑=0.5A×6Ω=3V,
电源电压U=U滑+UL额=3V+3V=6V;
(2)∵P=,∴灯泡电阻RL===6Ω;
由电路图可知,当开关S2闭合、S1、S3断开、滑片P处于b点时,
灯泡与滑动变阻器串联,此时电路总电阻最大,
等效电路图如图乙所示;
由P=可知此时整个电流的功率最小,
此时电路电流I===A,
灯泡在t=10min=600s内消耗的电能W=I2RLt=(A)2×6Ω×600s=400J.
答:(1)电源电压是6V.
(2)灯泡工作10min消耗的电能是400J.
解析分析:(1)由电路图可知,闭合开关S2,断开S1、S3时,灯泡与滑动变阻器串联,灯泡正常发光,由电功率的变形公式求出电路电流,然后由串联电路特点 及欧姆定律求出电源电压.
(2)电源电压一定,由P=可知,电路电阻最大时,电路消耗的总功率最小,分析清楚电路结构,找出电路电阻最大的条件,然后由电功公式求出灯泡10min消耗的电能.
点评:本题是一道电学综合计算题,分析清楚电路结构是正确解题的前提,熟练应用电功率公式的变形公式、串联电路特点、电功公式即可正确解题.