Question

20．如圖所示電路，電源電壓恒定不變，R₂=3Ω，小燈泡L標(biāo)有“6V 3W”的字樣（不考慮小燈泡阻值的變化）
（1）當(dāng)S₁斷開(kāi)，S₂閉合時(shí)，小燈泡L恰好正常發(fā)光，求電源電壓．
（2）當(dāng)S₁和S₂都閉合時(shí)，電流表示數(shù)為0.6A，求電阻R₁的阻值．
（3）當(dāng)S₁和S₂都斷開(kāi)時(shí)，求小燈泡L工作1min所消耗的電能及電阻R₂的電功率．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)S₁斷開(kāi)，S₂閉合時(shí)，只有L連入電路中，小燈泡L恰好正常發(fā)光，由此電源電壓；
（2）當(dāng)S₁和S₂都閉合時(shí)，L與R₁并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算電阻R₁的阻值；
（3）當(dāng)S₁和S₂都斷開(kāi)時(shí)，L與R₂串聯(lián)，先由歐姆定律計(jì)算燈泡電阻和電路中電流，再由W=UIt=I²Rt計(jì)算小燈泡L工作1min所消耗的電能，由P=I²R計(jì)算電阻R₂的電功率．

解答 解：
（1）當(dāng)S₁斷開(kāi)，S₂閉合時(shí)，只有L連入電路中，
小燈泡L恰好正常發(fā)光，所以電源電壓U=U_額=6V；
（2）當(dāng)S₁和S₂都閉合時(shí)，L與R₁并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流，
由并聯(lián)電路特點(diǎn)知，U=U_L=U₁=6V，所以燈泡仍正常工作，
由P=UI可得此時(shí)燈泡的電流：I_L=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A，
所以通過(guò)R₁的電流：I₁=I-I_L=0.6A-0.5A=0.1A，
由I=$\frac{U}{R}$可得R₁的阻值：R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{6V}{0.1A}$=60Ω；
（3）燈泡電阻：R_L=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{L}}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω，
當(dāng)S₁和S₂都斷開(kāi)時(shí)，L與R₂串聯(lián)，
由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得電路中電流：I′=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{2}}$=$\frac{6V}{12Ω+3Ω}$=0.4A，
小燈泡L工作1min所消耗的電能：W=I²Rt=（0.4A）²×12Ω×60s=115.2J，
R₂的電功率=P₂=I′²R₂=（0.4A）²×3Ω=0.48W．
答：（1）電源電壓為6V；
（2）電阻R₁的阻值60Ω；
（3）當(dāng)S₁和S₂都斷開(kāi)時(shí)，小燈泡L工作1min所消耗的電能115.2J，電阻R₂的電功率0.48W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)和并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律以及電功率的計(jì)算公式，關(guān)鍵是正確分析開(kāi)關(guān)在不同狀態(tài)下的電路連接狀態(tài)．