Question

如圖所示的電路中，電源兩端電壓不變，燈L上標(biāo)有“4V 2W”字樣，不計(jì)燈絲電阻受溫度的影響．當(dāng)開關(guān)S₁閉合、S₂斷開時(shí)，燈泡正常發(fā)光，電壓表V₁與V₂的示數(shù)之比為6：7，電路消耗總功率為P；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，電路消耗的總功率改變△P，且△P=P．求：
（1）當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，電路中的電流；
（2）電阻R₁與R₂的阻值；
（3）當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，電阻R₂在1min內(nèi)消耗的電能W．

Answer 1

【答案】分析：（1）首先分析電路，當(dāng)開關(guān)S₁閉合、S₂斷開時(shí)，電阻R₁、R₂與燈泡串聯(lián)，電壓表V₁測(cè)量燈泡和R₂兩端的電壓，電壓表V₂測(cè)量R₁和燈泡兩端的電壓，燈泡正常發(fā)光，由燈泡的額定電壓和額定功率，可知此時(shí)電路中的電流；當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，燈泡被閉合的開關(guān)S₂短路，電阻R₁與R₂串聯(lián)，根據(jù)功率的變化量和功率公式可求此時(shí)的電流；
（2）再根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，燈泡的阻值和兩種狀態(tài)下的阻值關(guān)系可求電阻R₁與R₂的阻值；
（3）電阻R₂在1min內(nèi)消耗的電能直接利用W=I²Rt求解即可．
解答：解：（1）當(dāng)開關(guān)S₁閉合、S₂斷開時(shí)，電阻R₁、R₂與燈泡串聯(lián)，電路如圖甲所示，電壓表V₁與V₂的示數(shù)分別為U₁、U₂，電路中的電流為I；小燈泡正常工作，電流I===0.5A，
當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，電路如圖乙所示，此時(shí)電路中電阻R₁與R₂串聯(lián)，由于燈泡被短路，使電路中的電流I′變大．則電路消耗的總功率P′＞P，已知△P=P，
∴△P=P′-P=P，
∴P′=P，
∴由P=UI，P′=UI′得：
UI′=UI，
∴I'=I=×0.5A=0.9A．
（2）圖甲中，燈泡正常工作時(shí)電阻R_L===8Ω-----------①
因U₁=I（R_L+R₂），U₂=I（R₁+R_L），
∴==------------------------②
又因I'=I；且I=，I'=，
∴R₁+R₂=R_L-----------------------------③
由①②③式解得R₁=6Ω，R₂=4Ω，
（3）電阻R₂在1min內(nèi)消耗的電能
W=I′² R₂t=（0.9A）²×4Ω×60s=194.4J．
答：當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，（1）電路中的電流為0.9A；（2）電阻R₁與R₂的阻值分別為6Ω、4Ω；
（3）電阻R₂在1min內(nèi)消耗的電能為194.4J．
點(diǎn)評(píng)：本題考查串聯(lián)電路的電壓、電流的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，解答時(shí)注意結(jié)合已知條件列出與電阻有關(guān)關(guān)系式，這是求解R₁、R₂阻值的關(guān)鍵，也是本題的難點(diǎn)．