【分析】
1. 第(1)问:灯泡正常发光时,电压和功率为额定值,利用电功率公式$P=UI$的变形公式$I=\frac{P}{U}$,代入额定参数即可计算正常发光电流。
2. 第(2)问:灯泡与滑动变阻器串联,电流表测电路电流,电压表测滑动变阻器电压。先从图(b)的I-U图像中找到电流为0.4A时灯泡的电压,再根据串联电路电压规律,用电源电压减去灯泡电压得到电压表的示数。
3. 第(3)问:保证电路安全需考虑元件的电流限制,灯泡额定电流1A小于电流表量程3A,故电路最大电流为1A。此时滑动变阻器电压最小,结合串联分压求出其电压,再用欧姆定律计算最小阻值;最后用$P=UI$计算电路总功率。
【解析】
(1) 已知灯泡额定电压$U_{额}=6V$,额定功率$P_{额}=6W$,根据$P=UI$的变形公式:
$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{6W}{6V}=1A$
(2) 由图(b)可知,当电流$I=0.4A$时,灯泡两端电压$U_{L}=1V$。
因为灯泡与滑动变阻器串联,电源电压$U=9V$,根据串联电路电压规律$U=U_{L}+U_{R}$,可得电压表的示数:
$U_{R}=U-U_{L}=9V-1V=8V$
(3) 为保证电路安全,电路最大电流不能超过灯泡额定电流,即$I_{max}=I_{额}=1A$(该电流小于电流表量程,符合安全要求)。
此时滑动变阻器两端电压:
$U_{R小}=U-U_{额}=9V-6V=3V$
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,滑动变阻器的最小阻值:
$R_{小}=\frac{U_{R小}}{I_{max}}=\frac{3V}{1A}=3\Omega$
电路消耗的总功率:
$P_{总}=UI_{max}=9V×1A=9W$
【答案】
(1) $\boldsymbol{1A}$
(2) $\boldsymbol{8V}$
(3) 滑动变阻器接入的最小阻值为$\boldsymbol{3\Omega}$,此时电路总功率为$\boldsymbol{9W}$
【知识点】
1. 电功率计算
2. 串联电路电压规律
3. 欧姆定律应用
【点评】
本题结合I-U图像考查电学综合应用,需从图像提取关键信息,同时串联电路规律、电功率与欧姆定律的结合使用是解题关键,重点考察了电路安全的分析逻辑,对学生的综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5