如图所示,电源电压恒定不变,小灯泡L上标有“6V 3W”字样,已知R1=12Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为20Ω,电流表量程为0-0.6A,电压表量程为0-3V,灯泡电阻不随温度变化,求:
(1)闭合S1、S2,断开S3,滑动变阻器滑片在最右端时,电路的总电阻是多少?
(2)保持滑片P不动,断开S1、S2、S3,此时灯泡的实际功率为0.75W,求电源电压是多大?
(3)只闭合S3,要保证电路中各元件安全,求滑动变阻器R2的取值范围.
(1)闭合S1、S2,断开S3,滑动变阻器滑片在最右断时时,电阻R1与滑动变阻器R2的全部阻值并联,
∵
=1 R并
+1 R1
,∴并联电阻R并=1 R2
=R1R2 R1+R2
=7.5Ω;12Ω×20Ω 12Ω+20Ω
(2)∵P=
,∴灯泡电阻RL=U2 R
=U 2L额 PL额
=12Ω,(6V)2 3W
断开S1、S2、S3时,灯泡与滑动变阻器串联,
∵P=I2R,∴此时电路电流I=
=PL实 RL
=0.25A,0.75W 12Ω
电源电压U=I(R2+RL)=0.25A×(20Ω+12Ω)=8V;
(3)只闭合S3时,灯泡与滑动变阻器串联,
∵P=UI,∴灯泡额定电流I=
=PL额 UL额
=0.5A,3W 6V
电流表量程是0~0.6A,则电路最大电流I最大=0.5A,
∵I=
,U R
∴灯泡两端电压UL=I最大RL=0.5A×12Ω=6V,
此时滑动变阻器电压最小,U滑最小=U-UL=8V-6V=2V,
滑动变阻器接入电路的最小值R滑最小=
=U最小 I最大
=4Ω,2V 0.5A
当电压表示数是3V时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,
此时灯泡两端的电压UL′=U-U滑最大=8V-3V=5V,
此时电路电流I′=
=UL′ RL
=5V 12Ω
A,5 12
此时滑动变阻器接入电路的阻值R滑最大=
=U滑最大 I′
=7.2Ω,3V
A5 12
则滑动变阻器接入电路的阻值范围是4Ω≤R滑≤7.2Ω.
答:(1)电路的总电阻是7.5Ω.
(2)电源电压是8V.
(3)滑动变阻器R2的取值范围是4Ω≤R滑≤7.2Ω.