Question

如圖所示電路，電源電壓U恒定，燈L的阻值R_L不隨溫度變化，當(dāng)開關(guān)S、S₁都閉合時，電流表的示數(shù)為I，電壓表的示數(shù)為U₁，電路消耗的電功率為P，R₁與R_L的電壓之比是1：4，此時燈正常發(fā)光，當(dāng)開關(guān)S閉合、S₁斷開時，電流表的示數(shù)為I′，電壓表的示數(shù)為U₂，且通過電壓表的示數(shù)與電流表的示數(shù)計算出該段電路的電阻值為28Ω，電路消耗的電功率為P′，燈L的實際功率為額定功率的1/4，求：
（1）兩次電流表示數(shù)之比I：I′；
（2）電壓表兩次示數(shù)之比U₁：U₂；
（2）兩次電路消耗的電功率之比P：P′；
（4）燈L的電阻．

Answer 1

解：（1）當(dāng)S、S₁都閉合時，等效電路圖如圖1所示
根據(jù)P=I²R，則有：
P_L=I²R_L---------①
當(dāng)S閉合、S₁斷開時，等效電路圖如圖2所示
根據(jù)P=I²R，則有：
P_L′=I′²R_L--------②
由①②得：
==
解得：=；
（2）因電源的電壓不變，則
根據(jù)圖1有：U=I（R_L+R₁）-----------------③
根據(jù)圖2有：U=I′（R_L+R₁+R₂）----------------④
依題意有：=-------------------------⑤
③④⑤聯(lián)立解得：R₂=5R₁，
===；
（3）兩次電路消耗的電功率之比：
==（）²×=（）²×=；
（4）根據(jù)R₁+R₂=28Ω，R₂=5R₁得：
R₁=Ω，
燈泡的電阻：
R_L=4R₁=4×Ω≈18.7Ω．
答：（1）兩次電流表示數(shù)之比I：I′為2：1；
（2）電壓表兩次示數(shù)之比U₁：U₂為1：3；
（2）兩次電路消耗的電功率之比P：P′為2：1；
（4）燈L的電阻約為18.7Ω．
分析：先畫出兩種情況的等效電路圖：
（1）根據(jù)P=I²R分別表示出兩電路圖中燈泡消耗的電功率，根據(jù)兩種情況下兩燈泡電功率的關(guān)系求出兩次電流表示數(shù)之比；
（2）根據(jù)電源的電壓不變和電阻的串聯(lián)、歐姆定律表示出電源的電壓，聯(lián)立等式即可得出三電阻阻值之間的關(guān)系，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出兩電流表的示數(shù)結(jié)合電流、電阻關(guān)系即可求出電壓表兩次示數(shù)之比；
（3）根據(jù)P=I²R表示出兩次電路消耗的電功率，結(jié)合電流和電阻關(guān)系即可求出兩次電路消耗的電功率之比；
（4）根據(jù)圖2中R₁和R₂的電阻之和，結(jié)合電阻關(guān)系即可求出燈泡的電阻．
點評：本題是有關(guān)歐姆定律、電功率的綜合計算題目．在解題過程中，注意電路的分析，根據(jù)已知條件分析出各種情況下的等效電路圖，同時要注意在串聯(lián)電路中各物理量之間的關(guān)系，結(jié)合題目中給出的已知條件進(jìn)行解決．