Question

如圖所示，電源電壓12V保持不變，小燈泡L的規(guī)格為”6V 3W”，滑動變阻器的最大阻值為12Ω，電流表的量程為0-3A．
（1）當(dāng)開關(guān)S₁、S₂都斷開時，小燈泡L恰能正常發(fā)光，R₁的阻值為多大？在10min內(nèi)電流通過R₁所產(chǎn)生的熱量是多少？
（2）當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時，要使電流表安全使用，滑動變阻器接入電路的阻值不得小于多少？此時R₁消耗的電功率是多少？

Answer 1

解：（1）小燈泡的電阻：
R_L===12Ω，
當(dāng)S₁、S₂都斷開時，R₁、L串聯(lián)，
∵燈正常發(fā)光，
∴U_L=6V，P_L=P_額=3W，
此時電路中的電流：
I=I_L===0.5A，
∵U₁=U-U_L=12V-6V=6V，
∴R₁===12Ω，
Q₁=I²R₁t=（0.5A）²×12Ω×10×60s=1800J；
（2）當(dāng)S₁、S₂均閉合時，L短路，R₁、R₂并聯(lián)，電流表測量的是干路中的電流，此時R₁中的電流：
I₁′===1A，
要使電流表安全使用，通過R₂的電流不能超過：
I₂=I-I₁′=3A-1A=2A，
所以R₂的阻值不能小于：
R₂===6Ω，
此時R₁消耗的電功率為：
P₁′=UI₁′=12V×1A=12W．
答：（1）R₁的阻值為12Ω，在10min內(nèi)電流通過R₁所產(chǎn)生的熱量是1800J；
（2）當(dāng)開關(guān)S₁、S₂均閉合時，要使電流表安全使用，滑動變阻器接入電路的阻值不得小于6Ω，此時R₁消耗的電功率是12W．
分析：（1）知道燈的銘牌，可以知道燈的額定電壓和額定功率，利用P=求燈絲電阻，當(dāng)S₁、S₂都斷開時，R₁、L串聯(lián)，先根據(jù)燈正常工作，求出燈正常工作時的電流（電路中的電流），再求出R₁兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求R₁的阻值；最后利用焦耳定律求在10min內(nèi)電流通過R₁所產(chǎn)生的熱量；
（2）分析電路圖，當(dāng)S₁、S₂均閉合時，L短路，R₁、R₂并聯(lián)，電流表測量的是干路中的電流，知道電源電壓，求出通過R₁中的電流I₁′，要使電流表安全使用，通過R₂的電流不能超過I-I₁′，再利用P=UI求R₁消耗的電功率．
點評：本題考查了學(xué)生對串并聯(lián)電路的特點、歐姆定律、焦耳定律、電功率公式的掌握和運(yùn)用，能分析電路圖得出當(dāng)S₁、S₂都斷開和當(dāng)S₁、S₂均閉合時的電路組成是本題的突破口，靈活選用公式計算是關(guān)鍵．