例題3 如圖14 - 4 - 3(a)所示的電路,當開關$S$斷開、滑動變阻器的滑片$P位于b$端時,電流表的示數(shù)為$0.2A$;當開關$S$閉合,滑動變阻器的滑片$P位于a$端時,電流表的示數(shù)為$1A$,且燈泡正常發(fā)光。若不計溫度對燈絲電阻的影響,電源電壓不變且大于$8V$,$R_1 = 15\Omega$,滑動變阻器$R的最大阻值為20\Omega$,求燈泡的電阻和燈泡正常工作時的電壓。

解析 畫出滑片$P分別在b端和a$端時電阻的連接方式,然后列出總電壓、電流和電阻的關系式。
已知$R_1 = 15\Omega$,$R_{ab} = 20\Omega$,$U > 8V$。
當$S$斷開,滑片在$b$端時,等效電路如圖14 - 4 - 3(b)所示;當$S$閉合,滑片在$a$端時,等效電路如圖14 - 4 - 3(c)所示。根據(jù)歐姆定律分別可得:
$I = \frac{U}{R_L + R_{ab}}$;$I' = \frac{U}{R_L} + \frac{U}{R_1}$。
$U$不變,將$R_1$、$R_{ab}$代入,得:
$U = 6V$(舍去)和$U = 10V$,$R_L = 30\Omega$。
燈泡的電阻為$30\Omega$,燈泡正常工作時的電壓為$10V$。
說明 不能直接計算得出的結果可以列方程解題。首先找出題目中不變的物理量(沒有數(shù)值的可以用符號代替),然后分析它們在各個狀態(tài)時的關系,列出關系式,各個關系式之間組成方程組,最后代入數(shù)據(jù)解出結果。通常,所得的結果需要回到題目檢驗,將不符合的結果舍去。