5. 在如图所示的两个电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P都向右滑动时,灯泡$\mathrm{L}_1$和$\mathrm{L}_2$的亮度变化是 (
D
)

A.$\mathrm{L}_1$、$\mathrm{L}_2$都变亮
B.$\mathrm{L}_1$、$\mathrm{L}_2$都变暗
C.$\mathrm{L}_1$变暗,$\mathrm{L}_2$变亮
D.$\mathrm{L}_1$变暗,$\mathrm{L}_2$的亮度不变
解析:
【分析】
要判断灯泡亮度变化,需依据灯泡实际功率的变化,而实际功率与灯泡两端电压或通过的电流相关。首先明确两个电路的连接方式:甲图中$\mathrm{L}_1$与滑动变阻器串联,乙图中$\mathrm{L}_2$与滑动变阻器并联。先分析甲图中滑动变阻器滑片移动对电路电流的影响,进而判断$\mathrm{L}_1$的功率;再分析乙图中并联电路的电压特点,判断$\mathrm{L}_2$的功率是否变化,最终确定亮度变化。
【解析】
1. 分析甲图($\mathrm{L}_1$所在电路):
闭合开关$\mathrm{S}$后,$\mathrm{L}_1$与滑动变阻器串联。当滑片$\mathrm{P}$向右滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻$R_{\mathrm{总}} = R_{\mathrm{滑}} + R_{\mathrm{L}_1}$,电源电压$U$不变,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_{\mathrm{总}}}$,电路中的电流$I$变小。灯泡亮度由实际功率决定,$\mathrm{L}_1$的实际功率$P_1=I^2R_{\mathrm{L}_1}$($R_{\mathrm{L}_1}$为$\mathrm{L}_1$的电阻,保持不变),电流$I$变小则$P_1$变小,故$\mathrm{L}_1$变暗。
2. 分析乙图($\mathrm{L}_2$所在电路):
闭合开关$\mathrm{S}$后,$\mathrm{L}_2$与滑动变阻器并联。并联电路中各支路两端电压等于电源电压,即$U_{\mathrm{L}_2}=U$(电源电压不变)。$\mathrm{L}_2$的电阻$R_{\mathrm{L}_2}$不变,根据实际功率公式$P_2=\frac{U_{\mathrm{L}_2}^2}{R_{\mathrm{L}_2}}$,$U_{\mathrm{L}_2}$和$R_{\mathrm{L}_2}$均不变,因此$P_2$不变,$\mathrm{L}_2$的亮度不变。
综上,$\mathrm{L}_1$变暗,$\mathrm{L}_2$亮度不变,对应选项$\mathrm{D}$。
【答案】
$\mathrm{D}$
【知识点】
串联电路特点、并联电路特点、电功率
【点评】
本题结合串并联电路特点考查电功率的应用,核心是区分两个电路的连接方式:串联电路中电阻变化会影响电流,进而改变灯泡功率;并联电路中各支路独立工作,支路电压等于电源电压,灯泡功率不受滑动变阻器影响。解题时需明确灯泡亮度由实际功率决定,避免混淆串并联电路的规律。
【难度系数】
0.5