Question

14．在如圖所示的電路中，電源電壓為4.5V，燈L標有“3V  0.9W”的字樣，滑動變阻器R上標有“30Ω  1A”的字樣，電壓表量程為0～3V，電流表量程為0～0.6A，則燈L正常工作時滑動變阻器接入電路的阻值為5Ω，則為保證電路中各元件安全工作，滑動變阻器連入電路的阻值范圍為5Ω-20Ω （設(shè)小燈泡電阻不隨溫度而改變）．

Answer 1

分析 由電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）燈L正常工作時，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定電流，根據(jù)串連電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值；
（2）根據(jù)歐姆定律求出燈泡電阻，結(jié)合電流表量程和滑動變阻器允許通過的最大電流確定電路中的最大電流，此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出滑動變阻器接入電路中的最小值；當(dāng)電壓表的示數(shù)最大時，滑動變阻器允許接入電路的電阻最大，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，進一步求出滑動變阻器接入電路的阻值．

解答 解：由電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測滑動變阻器兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）燈L正常工作時，U_L=U_L額=3V，
根據(jù)P=UI可得，燈泡的額定電流：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.9W}{3V}$=0.3A，
根據(jù)串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和可知：
滑動變阻器兩端的電壓U_R=U-U_L=4.5V-3V=1.5V；
由串聯(lián)電路中各處的電流相等，則滑動變阻器功率接入電路的電阻R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{L}}$=$\frac{1.5V}{0.3A}$=5Ω．
（2）根據(jù)歐姆定律可得，燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$═10Ω，
串聯(lián)電路中各處的電流相等，由于燈泡的額定電流為0.3A，電流表量程為0～0.6A，且滑動變阻器允許通過的最大電流為1A，所以，電路中的最大電流I_max=0.3A，
此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{{I}_{max}}$=$\frac{4.5V}{0.3A}$=15Ω，
由串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和可得：
滑動變阻器接入電路的最小阻值R_min=R_總-R_L=15Ω-10Ω=5Ω；
當(dāng)電壓表的示數(shù)最大為3V時，電路中的電流最小，滑動變阻器接入電路的電阻最大，
此時燈泡兩端的電壓：
U_Lmin=U-U_Rmax=4.5V-3V=1.5V，
電路的電流：
I_min=$\frac{{U}_{Lmin}}{{R}_{L}}$=$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，
滑動變阻器接入電路的最大電阻值：
R_max=$\frac{{U}_{Rmax}}{{I}_{min}}$=$\frac{3V}{0.15A}$═20Ω，
即滑動變阻器連入電路中的阻值范圍是5～20Ω．
故答案為：5Ω；5Ω-20Ω．

點評 滑動變阻器的作用就是要保護電路中的各元件，并改變電路的電流、電壓大小，在確定滑動范圍時，應(yīng)重點關(guān)注電流與電壓的變化，找出最大值和最小值才能最終確定其范圍，具體電路中，尤其要關(guān)注多個電壓或電流的情況，必須保證每一個元件都不能超過其工作要求．