Question

19．如圖所示，L是標(biāo)有“6V2.4W”字樣的小燈泡，R是定值電阻．?dāng)嚅_開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S₁和S₃，燈泡正常發(fā)光，電流表的示數(shù)為0.6A．則：
（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)，1min內(nèi)燈泡消耗的電能．
（2）定值電阻R的阻值．
（3）斷開開關(guān)S₁和S₃，閉合開關(guān)S₂，要使燈泡仍正常發(fā)光，電源電壓應(yīng)增加到多大？此時(shí)電路中消耗的總功率為多大？

Answer 1

分析 （1）知道燈泡正常發(fā)光時(shí)的電功率和時(shí)間，根據(jù)W=Pt求出燈泡消耗的電能；
（2）當(dāng)斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S₁和S₃，定值電阻R和燈泡L并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路電壓和電流規(guī)律、電功率公式及歐姆定律求出定值電阻R的阻值；
（3）當(dāng)斷開開關(guān)S₁和S₃，閉合開關(guān)S₂，定值電阻R和燈泡L串聯(lián)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$、串聯(lián)電路電阻規(guī)律及歐姆定律求出應(yīng)增加到的電源電壓；根據(jù)P=UI求出此時(shí)電路中消耗的總功率．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的功率等于其額定功率，即：P=P_額=2.4W，
燈泡正常工作時(shí)間t=1min=60s，
則燈泡消耗的電能：
W=Pt=2.4W×60s=144J．
（2）當(dāng)斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S₁和S₃，定值電阻R和燈泡L并聯(lián)，
燈泡正常發(fā)光時(shí)，根據(jù)并聯(lián)電路電壓規(guī)律可知，
電源電壓：U=U_定=U_額=6V，
由P=UI得，通過(guò)燈泡的電流：
I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{2.4W}{6V}$=0.4A，
根據(jù)并聯(lián)電路電流規(guī)律可知，通過(guò)定值電阻的電流：
I_定=I-I_額=0.6A-0.4A=0.2A，
由I=$\frac{U}{R}$得，定值電阻R的阻值：
R=$\frac{{U}_{定}}{{I}_{定}}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω．  
（3）當(dāng)斷開開關(guān)S₁和S₃，閉合開關(guān)S₂，定值電阻R和燈泡L串聯(lián)，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，燈泡L的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（6V）^{2}}{2.4W}$=15Ω
根據(jù)串聯(lián)電路電阻規(guī)律可知，電路總電阻：
R_總=R+R_L=30Ω+15Ω=45Ω，
燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電路中的電流I′=I_額=0.4A，
由I=$\frac{U}{R}$得，此時(shí)的電源電壓：
U′=I′R_總=0.4A×45Ω=18V．
此時(shí)電路中消耗的總功率：
P_總=I′U′=0.4A×18V=7.2W．       
答：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)，1min內(nèi)燈泡消耗的電能為144J．
（2）定值電阻R的阻值為30Ω．
（3）斷開開關(guān)S₁和S₃，閉合開關(guān)S₂，要使燈泡仍正常發(fā)光，電源電壓應(yīng)增加到18V；此時(shí)電路中消耗的總功率為7.2W．

點(diǎn)評(píng) 此題考查的是我們對(duì)串聯(lián)電路、并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律和電功率公式的掌握和應(yīng)用，根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)確定電路的連接方式，熟練運(yùn)用相關(guān)公式即可正確解題，難度不大．