Question

【题目】如图所示，灯泡L标有“6V 3W”，R1的电阻为5Ω，变阻器标有“20Ω1A”的字样，电流表的量程为0～3A，电压表的量程为0～3V．当开关S1、S2、S3都闭合时，灯泡L恰好正常发光．（设灯泡电阻不随温度而改变）求：
（1）灯泡L的电阻和电源电压；
（2）开关S1、S2、S3都闭合时，电流表和电压表的示数；
（3）开关S1闭合，S2、S3断开时，在保证电路中各元件安全工作的情况下，电阻R1消耗的最小电功率．

Answer 1

【答案】
（1）解：由P=UI可得，灯泡L正常工作时的电流：

IL= = =0.5A，

由I= 可得，灯泡的电阻：

RL= = =12Ω；

由图知，当S1、S2、S3均闭合时，R1与L并联，灯泡L恰好正常发光，

由并联电路电压特点知电源电压：U=U1=UL=6V

（2）解：当S1、S2、S3均闭合时，R1与L并联，电流表测干路电流，R2被短路，所以电压表示数为0V，

灯泡正常发光，通过灯泡的电流IL=0.5A，

由I= 可得通过R1的电流：

I1= = =1.2A，

由并联电路电流特点可得电流表的示数：

I=I1+IL=1.2A+0.5A=1.7A

（3）解：当闭合S1，断开S2、S3时，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，

电压表的量程为0～3V，所以当电压表的示数U2=3V时，变阻器接入电路的阻值最大，电路中的电流最小，R1功率最小，

此时R1两端的电压：

U1′=U﹣U2=6V﹣3V=3V，

由串联电路特点和欧姆定律可得，此时电路中的最小电流：

I′= = =0.6A，

由P=UI可得，R1的最小总功率：

P1=U1′I′=3V×0.6A=1.8W

【解析】（1）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据P=UI求出通过灯泡的电流，再根据欧姆定律求出灯泡的电阻； 开关S1、S2、S3都闭合时，R1与L并联，灯泡L恰好正常发光，由此可得电源电压；（2）当S1、S2、S3均闭合时，R1与L并联，电流表测干路电流，电压表测导线电压，由此根据电路特点和欧姆定律计算电流表示数；（3）当闭合S1 ， 断开S2、S3时，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，当电压表的示数最大时电路中的电流最小，R1消耗功率最小，根据串联电路的电压特点求出R1两端的电压，利用P=UI求出R1的最小总功率．
【考点精析】本题主要考查了欧姆定律及其应用和电功率的计算公式的相关知识点，需要掌握欧姆定律的应用： ① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大．（R=U/I） ② 当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小．（I=U/R） ③ 当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大．（U=IR）；计算电功率公式：P =W/t ；P=UI ; 式中单位P→瓦(w)；W→焦；t→秒；U→伏（V）；I→安（A）计算电功率还可用公式：P=I2R和P= U2/R才能正确解答此题．