Question

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12

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？

Answer 1

解：（1）由灯泡铭牌可知，灯泡额定电压U_L额=3V，额定功率P_L额=1.5W，
∵P=UI，∴灯泡正常发光时的电流I=

PL额

UL额

=

1.5W

3V

=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=

R滑最大

2

=

12Ω

2

=6Ω；
∵I=

U

R

，∴滑动变阻器两端电压U_滑=IR_滑=0.5A×6Ω=3V，
电源电压U=U_滑+U_L额=3V+3V=6V；
（2）∵P=

U2

R

，∴灯泡电阻R_L=

U 2 L额

PL额

=

(3V)2

1.5W

=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=

U2

R

可知此时整个电流的功率最小，
此时电路电流I=

U

R滑最大+RL

=

6V

12Ω+6Ω

=

1

3

A，
灯泡在t=10min=600s内消耗的电能W=I²R_Lt=（

1

3

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．