Question

20．在圖甲所示的電路中，已知電源為電壓可調(diào)的直流學(xué)生電源，R₀是定值電阻，燈泡L₁的額定電壓為8V，燈泡L₂標(biāo)有“6V 3.6W”字樣，圖乙是燈泡L₂的U-I圖象．
（1）當(dāng)開關(guān)S接a時(shí)，電壓表示數(shù)為1.0V，電流表示數(shù)為0.25A，求R₀的阻值；
（2）當(dāng)開關(guān)S接a時(shí)，調(diào)節(jié)電源電壓，使燈泡L₁正常發(fā)光，此時(shí)R₀消耗的功率為1W，求燈泡L₁的額定功率；
（3）開關(guān)S接b時(shí)，通過調(diào)節(jié)電源電壓使燈泡L₁正常發(fā)光，1min該電路消耗電能是多少？

Answer 1

分析 （1）當(dāng)開關(guān)S接a時(shí)，R₀與L₁串聯(lián)，電壓表測R₀兩端的電壓，電流表測電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出R₀的阻值；
（2）當(dāng)開關(guān)S接a時(shí)，由燈泡正常發(fā)光可知其兩端的電壓和額定電壓相等，根據(jù)P=I²R表示出R₀的電功率即可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡L₁的額定功率；
（3）開關(guān)S接b時(shí)，兩燈泡串聯(lián)，由燈泡L₁正常發(fā)光可知電路中的電流，由圖乙可知L₂兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知電源的電壓，根據(jù)W=UIt可知1min該電路消耗的電能．

解答 解：（1）當(dāng)開關(guān)S接a時(shí)，R₀與L₁串聯(lián)，電壓表測R₀兩端的電壓，電流表測電路中的電流，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R₀的阻值：
R₀=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{1.0V}{0.25A}$=4Ω；
（2）當(dāng)開關(guān)S接a時(shí)，由P=I²R可得，此時(shí)電路中的電流：
I=$\sqrt{\frac{{P}_{0}}{{R}_{0}}}$=$\sqrt{\frac{1W}{4Ω}}$=0.5A，
因燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓U_L1=8V，
所以，燈泡L₁的額定功率：
P_L1=U_L1I=8V×0.5A=4W；
（3）開關(guān)S接b時(shí)，兩燈泡串聯(lián)，由L₁正常發(fā)光可知，電路中的電流為0.5A，
由乙圖知L₂兩端的電壓為4V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電路1min時(shí)間消耗的電能：
W=UIt=（8V+4V）×0.5A×60s=360J．
答：（1）R₀的阻值為4Ω；
（2）燈泡L₁的額定功率為4W；
（3）開關(guān)S接b時(shí)，通過調(diào)節(jié)電源電壓使燈泡L₁正常發(fā)光，1min該電路消耗電能是360J．

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式、電功公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是知道燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等．