初中物理电学经典题目解析精选第527题
题目内容如下：(计算题)如图所示电路，电源电压保持恒定在18伏特，小灯泡L上标有“6伏特 3瓦特”的铭牌信息，滑动变阻器R1上标有“100欧姆 1安培”的参数，电压表量程为0～15伏特，电流表量程为0～0.6安培，R0为已知阻值的定值电阻；当同时闭合开关S和S1，而断开开关S2时，观察到灯泡L正常工作；假设灯泡的电阻不随温度变化。请解答以下问题：⑴求小灯泡L在正常工作状态下的电阻值；
⑵在上述状态下，通电1分钟，电流通过定值电阻R0所产生的电能；
⑶当闭合开关S和S2，断开S1时，为了确保电压表和电流表均不超出量程，同时灯泡L两端的电压不超过其额定电压，求滑动变阻器R1的阻值变化区间。
详细解析步骤如下：
第一部分：分析开关S、S1闭合，S2断开时的电路状态
1.1电路结构分析：
①电阻R0与小灯泡L呈串联关系；
②电流表A测量整个电路的电流强度。
1.2根据题目条件：
①电源电压U=18伏特；
②灯泡L正常工作，且已知其额定电压UL额=6伏特，额定功率PL额=3瓦特；
则实际工作电压UL=UL额=6伏特，实际功率PL=PL额=3瓦特；
电路中的电流I=PL/UL=3瓦特/6伏特=0.5安培；
由于灯泡电阻不随温度变化，
所以灯泡电阻RL=UL/I=6伏特/0.5安培=12欧姆；
定值电阻R0两端的电压U0=U-UL=18伏特-6伏特=12伏特；
定值电阻R0的阻值R0=U0/I=12伏特/0.5安培=24欧姆；
通电时间t=1分钟=60秒；
电流通过定值电阻R0所做的功W0=U0It=12伏特×0.5安培×60秒=360焦耳。
第二部分：分析开关S、S2闭合，S1断开时的电路状态
2.1电路结构分析：
①滑动变阻器R1与小灯泡L呈串联关系；
②电流表A测量电路中的电流强度I’；
③电压表V测量滑动变阻器R1两端的电压U1。
2.2根据题目条件：
①灯泡正常工作时的电流IL额=0.5安培；
②滑动变阻器R1的参数为“100欧姆 1安培”；
则滑动变阻器的最大阻值R1max=100欧姆，最大允许电流I1max=1安培；
③电压表量程为0～15伏特；
则滑动变阻器两端的最大电压U1max=15伏特；
(当滑动变阻器阻值达到最大值100欧姆时，
U1max=U×R1max/(R1max+RL)=18伏特×100欧姆/(100欧姆+12欧姆)=15.79伏特＞15伏特，
此时电压表会超出量程，因此U1max应取15伏特作为安全上限！)
④电流表量程为0～0.6安培；
综合以上信息可知：最大电流I’max=0.5安培，最大电压U1max=15伏特。
2.3当电流达到最大值I’max=0.5安培时，灯泡两端电压ULmax=UL额=6伏特，
则滑动变阻器两端的最小电压U1min=U-ULmax=18伏特-6伏特=12伏特，
此时滑动变阻器的最小阻值R1min=U1min/I’max=12伏特/0.5安培=24欧姆。
2.4当滑动变阻器两端电压达到最大值U1max=15伏特时，
灯泡两端的最小电压ULmin=U-U1max=18伏特-15伏特=3伏特，
此时电路中的最小电流Imin=ULmin/RL=3伏特/12欧姆=0.25安培，
此时滑动变阻器的最大阻值R1max=U1max/Imin=15伏特/0.25安培=60欧姆。
综上所述：滑动变阻器R1的阻值变化范围应控制在24欧姆至60欧姆之间。
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