Question

10．在如圖甲所示的電路中，電源為可調(diào)壓電源，定值電阻R₀=4Ω，燈泡L₁的額定功率為4W，開(kāi)關(guān)S是單刀雙擲開(kāi)關(guān)．圖乙所示的是燈泡L₂的U-I圖象．求：
（1）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，調(diào)節(jié)電源電壓使電流表示數(shù)為0.4A，此時(shí)電阻R₀消耗的功率．
（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，調(diào)節(jié)電源電壓，當(dāng)電壓表示數(shù)為2V，燈泡L₁正常發(fā)光，電路消耗的總功率．
（3）在（2）的基礎(chǔ)上，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓使燈泡L₁正常發(fā)光，燈泡L₂消耗功率和電源電壓的大�。�

Answer 1

分析 （1）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，燈L₁與R₀串聯(lián)，電壓表測(cè)R₀兩端電壓，電流表測(cè)電路中電流，由P=I²R計(jì)算電阻R₀消耗的功率．
（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，燈泡L₁正常發(fā)光，根據(jù)歐姆定律計(jì)算電流，再計(jì)算R₀此時(shí)功率，從而得到電路消耗的總功率．
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，兩燈串聯(lián)，通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓使燈泡L₁正常發(fā)光，由此可知電路中是電流，由圖象知L₂兩端電壓，由P=UI計(jì)算燈泡L₂消耗功率，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和P=UI計(jì)算電源電壓的大�。�

解答 解：
（1）由電路圖知，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，電阻R₀與燈泡L₁串聯(lián)，電壓表測(cè)R₀兩端電壓，電流表測(cè)電路中電流；
由串聯(lián)電路特點(diǎn)和P=I²R可得，電阻R₀消耗的功率：
P₀=I₀²R₀=（0.4A）²×4Ω=0.64W；
（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，調(diào)節(jié)電源電壓，燈泡L₁正常發(fā)光，此時(shí)燈泡L₁消耗的功率P_L=4W，
電壓表示數(shù)為2V，此時(shí)電路中的電流：I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{4Ω}$=0.5A，
此時(shí)電阻R₀消耗的功率：P₀′=I²R₀=（0.5A）²×4Ω=1W，
所以電路消耗的總功率：P_總=P_L+P₀′=4W+1W=5W；
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，兩燈串聯(lián)，燈泡L₁正常發(fā)光，由2小題的電流值和串聯(lián)電路的特點(diǎn)知，此時(shí)電路中的電流仍然為0.5A，
由圖乙可知，電流為0.5A時(shí)，燈泡L₂兩端的電壓U₂=4V，
所以 燈泡L₂的功率：P₂=U₂I=4V×0.5A=2W，
由P=UI結(jié)合串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可得電源電壓：
U_總=U₁+U₂=$\frac{{P}_{1}}{{I}_{0}}$+U₂=$\frac{4W}{0.5A}$+4V=12V．
答：（1）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，調(diào)節(jié)電源電壓使電流表示數(shù)為0.4A，電阻R₀消耗的功率為0.64W．
（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，當(dāng)電壓表示數(shù)為2V，電路消耗的總功率為5W．
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓使燈泡L₁正常發(fā)光，燈泡L₂消耗功率為2W，電源電壓為12V．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律以及電功率公式的靈活應(yīng)用，要能從圖象中獲取有用信息．