解题思路:(1)当开关S1、S2、S3都闭合时,滑动变阻器被S3短路,R2与灯泡并联,电流表A测干路电流,根据并联电路的电压特点和灯泡正常发光时的电压和额定电压相等可知电源的电压;根据P=UI求出灯泡正常发光时的电流,根据并联电路的电流特点求出通过R2的电流,利用欧姆定律求出R2的阻值;
(2)当开关S2、S3断开,S1闭合时,滑动变阻器与灯泡串联,根据欧姆定律和电阻的串联求出滑动变阻器最大阻值,并求出最小功率.
(1)当开关S1、S2、S3都闭合时,R2与灯泡并联,电流表A测干路电流,等效电路如图:
∵并联电路中各支路两端的电压相等,且灯泡正常发光时两端的电压和额定电压相等,
∴电源的电压U=UL=12V;
根据P=UI可得,灯泡正常发光时的电流:
IL=
PL
UL=[9W/12V]=0.75A,由并联电路中,干路电流等于各支路电流之和,得:定值电阻R2中电流:I2=I-IL=1A-0.75A=0.25A;
定值电阻R2的电阻值:R2=
U2
I2=[12V/0.25A]=48Ω;
根据欧姆定律可得,灯泡的电阻:
RL=
UL
IL=[12V/0.75A]=16Ω,
(2)将S2和S3断开、S1闭合,小灯泡与滑动变阻器串联,等效电路如图:
设滑动变阻器滑片在某位置时连入电路的阻值为RX,由题意得:
①滑片P在b端时:I3=[12V
16Ω+R3、U3=12V-I16Ω;
②滑片在某位置时:I′=2I3=
12V
16Ω+RX、U′=
1/2]U=12V-I′16Ω;
解得:R3=32Ω;
当开关S1、S3断开,S2闭合,定值电阻与滑动变阻器串联,滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的总电阻最大,电路消耗的总功率最小;
最小总功率为:Pmin=
U2
R3+R2=
(12V)2
32Ω+48Ω=1.8W.
答:(1)电源电压为12V;
(2)当开关S1、S3断开,S2闭合,定值电阻与滑动变阻器串联,滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的总电阻最大,电路消耗的总功率最小;最小总功率为1.8W.
点评:
本题考点: 欧姆定律的应用;电功率的计算.
考点点评: 本题考查了串联电路的特点和并联电路的特点以及欧姆定律、电功率公式的灵活应用,关键是知道灯泡正常发光时的电压和额定电压相等以及利用滑动变阻器消耗的电功率相等得出滑动变阻器的最大阻值,同时要知道电路中电阻最大时总功率最小.