题目

如图所示电路，电源电压恒为4.5V，灯泡L上标有“3V，1.5W”字样，滑动变阻器R2上标有“15Ω，1A”字样，定值电阻R1阻值为10Ω，电流表量程为0~3A，电压表量程为0~3V，不计温度对灯丝电阻的影响。求： （1） 灯泡正常工作时的电阻； （2） 当开关S、S1、S2闭合，S3断开，变阻器R2滑片处于最右端时：电流表示数为多大？电路总功率为多大？ （3） 当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器R2的取值范围。 答案： 解：根据 P=U2R 得，灯泡正常工作时电阻 RL=U额2P额=(3V)21.5W=6Ω 答：灯泡正常工作时电阻为6Ω； 当开关 S、S1、S2闭合，S3断开时，灯泡 L被短路，定值电阻 R1与滑动变阻器R2并联，当滑片处于最右端时，滑动变阻器R2的阻值最大为15Ω，此时通过 R1的电流 I1=UR1=4.5V10Ω=0.45A 通过滑动变阻器R2的电流 I2=UR2=4.5V15Ω=0.3A 电路中的总电流，即电流表示数为I=I1+I2=0.45A+0.3A=0.75A 此时电路总功率P总=UI=4.5V×0.75A=3.375W 答：当开关S、S1、S2闭合，S3断开时，电流表示数为0.75A，电路总功率为3.375W； 当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，R1断路，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电压表测滑动变阻器R2两端电压，灯泡的额定电流 I额=P额U额=1.5W3V=0.5A 因为灯泡额定电流I额=0.5A，电流表量程为 0~3A，滑动变阻器标有“15Ω 1A”字样，所以，在确保电路元件安全的情况下，电路中最大电流为 I最大=I额=0.5A 此时滑动变阻器 R2阻值最小，则电路最小总电阻 R最小=UI最大=4.5V0.5A=9Ω 滑动变阻器R2最小阻值R2最小=R最小-RL=9Ω-6Ω=3Ω 因为电压表量程为 0~3V，所以在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器两端电压最大为 U2=3V 时，此时滑动变阻器阻值最大，此时电路中电流 I最小=U−U2RL=4.5V−3V6Ω=0.25A 滑动变阻器R2最大阻值 R2最大=U2I最小=3V0.25A=12Ω 综上所述滑动变阻器R2的取值范围为 3Ω～12Ω。 答：当开关S、S3闭合，S1、S2断开时，在确保电路元件安全的情况下，滑动变阻器R2的取值范围为 3Ω~12Ω。

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