（2014•松北区一模）物理小组同学在实验室开展制作“可连续调节亮度的调光灯”，他们用一个规格为“12V8W”的灯泡、标有“5Ω3A”的滑动变阻器和12V学生电源以及开关和足够的导线连成

Question

（2014•松北区一模）物理小组同学在实验室开展制作“可连续调节亮度的调光灯”，他们用一个规格为“12V 8W”的灯泡、标有“5Ω 3A”的滑动变阻器和12V学生电源以及开关和足够
的导线连成如图所示的调光电路．
（1）实验过程中，同学们发现“调光灯亮度变化不大”，请你简要说明原因．
（2）同学们要改进他们设计的调光灯，打算换一只灯泡，实验室还有规格为“3V 3W”、“24V 6W”、“12V 24W”的灯泡，你认为应该换用哪个灯泡合适？为什么？
（3）有的同学认为“不用更换灯泡，只要在原电路上加一根导线，也可以增大调光灯的亮度变化”．请你在图中加上这根导线并说出此时灯泡功率变化范围．

Answer 1

（1）灯泡的阻值较大，滑动变阻器的最大阻值较小，无论滑片怎样滑动，灯泡的功率变化范围比较小．
（2）“12V 8W”灯泡的电阻：R₁=(U21)/(P1)=((12V)2)/(8W)=18Ω；
“3V 3W”灯泡的电阻：R₂=(U22)/(P2)=((3V)2)/(3W)=3Ω，灯泡的额定电流：I=(P2)/(U2)=(3W)/(3V)=1A；
当“3V 3W”的灯泡接入电路时，电路中的最小：I_最小=(U)/(R2+R)=(12V)/(3Ω+5Ω)=1.5A＞1A，所以“3V 3W”的灯泡不行；
“24V 6W”灯泡的电阻：R₃=(U23)/(P3)=((24V)2)/(6W)=96Ω＞18Ω，所以“24V 6W”的灯泡也不行，会导致调光范围更小；
“12V 24W”灯泡的电阻：R₄=(U24)/(P4)=((12V)2)/(24W)=6Ω，与滑动变阻器的最大阻值接近；
当“12V 24W”的灯泡接入电路时，电路中的最小：I_最小=(U)/(R4+R)=(12V)/(6Ω+5Ω)≈1.1A＜(24W)/(12V)=2A，因此“12V 24W”灯泡的电阻与滑动变阻器的电阻相匹配，而且灯泡能安全工作．
 （3）如下图所示：

如图，当滑动变阻器的滑片在最右端时，灯泡的功率为0W；
当滑动变阻器的滑片在最左端时，灯泡正常工作，灯泡的电功率为8W，所以灯泡功率变化范围是0W到8W．
答：（1）灯泡的阻值较大，滑动变阻器的最大阻值较小，无论滑片怎样滑动，灯泡的功率变化范围比较小．
（2）“12V 24W”灯泡的电阻与滑动变阻器的电阻相匹配，而且灯泡能安全工作．
（3）灯泡功率变化范围是0W到8W．