试题分析:先画出出三种情况的等效电路图: (1)灯泡正常发光时的功率和额定功率相等,根据串联电路的电流特点和P=UI求出电路中的电流; (2)根据欧姆定律可知图1电阻大于图2中的电阻时图1的电流为图2电流减去0.1A,根据电阻越并越小可知图3中的电阻最小,电流表的示数为图2电流加1.5A,利用欧姆定律求出灯泡的电阻,根据串联电路的特点和欧姆定律表示出图1、图2的电源,利用电源的电压不变建立等式求出滑动变阻器的最大阻值,进一步求出电源的电压;根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出图3中通过滑动变阻器的电流,利用并联电路的电流特点求出通过R0的电流,利用欧姆定律求出R0的阻值;当三个开关S、S1、S2都闭合且滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路消耗的电功率最小,利用并联电路的电压特点和P=求出R与R0消耗的电功率,两者之和即为电路消耗总功率的最小值. 开关S闭合:当S1、S2断开,滑片P在b端时,等效电路图如图1所示; 滑片滑到某一位置时,等效电路图如图2所示; 保持滑片P位置不变,闭合S1、S2,等效电路图如图3所示.
(1)图2中: ∵串联电路中各处的电流相等,且灯泡正常发光, ∴根据P=UI可得,电路中的电流: I2=IL==0.5A, (2)∴图1中的电流I1=I2-0.1A=0.5A-0.1A=0.4A, 图3中电流表的示数I3=I2+1.5A=0.5A+1.5A=2A, 根据欧姆定律可得,灯泡的电阻: RL==12Ω, ∵电源的电压不变, ∴U=I1(RL+Rab)=I(RL+Rab-6Ω),即0.4A×(12Ω+Rab)=0.5A×(12Ω+Rab-6Ω) 解得:Rab=18Ω, 电源的电压U=0.4A×(12Ω+Rab)=0.4A×(12Ω+18Ω)=12V; 图3中: ∵并联电路中各支路两端的电压相等, ∴通过滑动变阻器的电流: I滑==1A, ∵并联电路中干路电流等于各支路电流之和, ∴通过R0的电流: I0=I3-I滑=2A-1A=1A, R0==12Ω, 当三个开关S、S1、S2都闭合且滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路消耗的电功率最小, 电路消耗总功率的最小值: Pmin==20W. 故选D. |