20. 如图所示,$L$是规格为“12 V 6 W”的灯泡,$R_1$是定值电阻,$R_2$是最大阻值为 24 Ω的滑动变阻器,电源电压和灯泡的电阻不变。

(1) 试求小灯泡的阻值。
(2) 闭合开关 S、$S_1$,滑动变阻器滑片在$B$端时,灯泡恰好能正常发光,这时电流表示数为 0.9 A,求$R_1$的阻值。
(3) 当开关 S 闭合、$S_1$断开时,求灯泡消耗的最小功率。
答案:1. (1)
根据公式$P = \frac{U^{2}}{R}$($P$为功率,$U$为电压,$R$为电阻),对于灯泡$L$,已知$U_{L}=12V$,$P_{L}=6W$。
则灯泡的阻值$R_{L}=\frac{U_{L}^{2}}{P_{L}}$,代入数据可得$R_{L}=\frac{(12V)^{2}}{6W}=24\Omega$。
2. (2)
解:闭合开关$S$、$S_{1}$,滑动变阻器滑片在$B$端时,$R_{2}$接入电路的电阻为$0$,$R_{1}$与$L$并联,灯泡恰好能正常发光,所以电源电压$U = U_{L}=12V$。
由$P = UI$($I$为电流)可得,通过灯泡的电流$I_{L}=\frac{P_{L}}{U_{L}}=\frac{6W}{12V}=0.5A$。
因为并联电路干路电流$I = I_{1}+I_{L}$,已知$I = 0.9A$,所以通过$R_{1}$的电流$I_{1}=I - I_{L}=0.9A - 0.5A = 0.4A$。
再根据$R=\frac{U}{I}$,可得$R_{1}=\frac{U}{I_{1}}=\frac{12V}{0.4A}=30\Omega$。
3. (3)
解:当开关$S$闭合、$S_{1}$断开时,$L$与$R_{2}$串联。
根据$I=\frac{U}{R + R_{2}}$($R$为灯泡电阻,$R_{2}$为滑动变阻器电阻),$P = I^{2}R$($P$为先求功率,$I$为电流$R$为电阻)。
因为$U = 12V$,$R_{L}=24\Omega$,$R_{2}$最大为$24\Omega$,此时电路中电流最小$I_{min}=\frac{U}{R_{L}+R_{2max}}=\frac{12V}{24\Omega+\ 24\Omega}=0.25A$。
则灯泡消耗的最小功率$P_{Lmin}=I_{min}^{2}R_{L}=( \frac{12V}{24\Omega + \ 24\Omega})^{2}×24\Omega=(0.25A)^{2}×24\Omega = 1.5W$。
综上,答案依次为:(1)${\boldsymbol{24\Omega}}$;(2)$\boldsymbol{30\Omega}$;(3)$\boldsymbol{1.5W}$。