Question

如图所示电路，电源电压保持不变，灯泡L上标有“6V 3W“字样，当S₁、S₂均闭合时，灯泡正常发光．求：
（1）灯丝电阻；
（2）灯泡正常发光20min消耗的电能；
（3）当S₁闭合，S₂断开时，通过电路的电流为0.2A，根据题所给条件，请你计算出两个不同的物理量．（假设灯丝电阻不变）

Answer 1

【答案】分析：（1）当S₁、S₂均闭合时，电路为灯泡L的简单电路，根据灯泡正常发光时的电压和额定电压相等得出电源的电压，根据P=求出灯泡的电阻；
（2）灯泡正常发光时的功率和额定功率相等，根据W=Pt求出灯泡正常发光20min消耗的电能；
（3）当S₁闭合，S₂断开时，灯泡L与电阻R串联，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律可求灯泡两端的电压，利用P=UI可求灯泡的实际功率，根据串联电路的电压特点可求电阻R两端的电压，利用欧姆定律可求R的阻值，根据P=UI可求R消耗的电功率．
解答：解：（1）当S₁、S₂均闭合时，电路为灯泡L的简单电路，
∵灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，
∴电源的电压U=U_L额=6V，
根据P=可得，灯泡的电阻：
R_L===12Ω；
（2）灯泡正常发光时的功率为3W，
正常发光20min消耗的电能：
W=Pt=3W×20×60s=3600J；
（3）当S₁闭合，S₂断开时，灯泡L与电阻R串联，电流表测电路中的电流，
根据欧姆定律可得，灯泡两端的电压：
U_L=IR_L=0.2A×12Ω=2.4V，
此时灯泡的实际功率：
P_L=U_LI=2.4V×0.2A=0.48W；
∵串联电路中总电压等于各分电压之和，
∴定值电阻R两端的电压U_R=U-U_L=6V-2.4V=3.6V，
∵串联电路中各处的电流相等，
∴R===18Ω，
电阻R消耗的电功率：
P_R=U_RI=3.6V×0.2A=0.72W．
答：（1）灯丝电阻为12Ω；
（2）灯泡正常发光20min消耗的电能为3600J；
（3）下列各量中的任何两个均可：
①灯泡实际电压是2.4V；
②灯泡的实际功率为4.8W；
③电阻两端电压是3.6V；
④电阻阻值是18Ω；
⑤电阻消耗的电功率为0.72W．
点评：本题考查了求灯丝电阻、灯泡消耗的电能等问题，最后一问是开放题，根据题意求出有关的物理量，只要合理即可；分析清楚电路结构、熟练应用电功率公式及其变形公式、串联电路特点、欧姆定律是解题的关键．