Question

15．如圖所示電路，電源電壓恒為12V，定值電阻R為12Ω，燈泡L標(biāo)有“12V 0.5A”字樣，假設(shè)燈絲電阻不隨溫度的變化而變化，求：
（1）燈泡L的額定功率是多少？
（2）當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂、閉合S₁和S₃時(shí)，電路中的總電流是多少？
（3）開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃分別處于什么狀態(tài)時(shí)，整個(gè)電路消耗的總功率最小？此時(shí)的總功率為多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡上字樣的含義，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（2）分析電路的連接，判斷燈的發(fā)光情況，根據(jù)歐姆定律求通過(guò)R的電流，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律求總電流；
（3）根據(jù)歐姆定律求出燈的電阻，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，當(dāng)電路的總電阻最大時(shí)，電路的總功率最小，根據(jù)并聯(lián)的電阻小于其中任一電阻，并聯(lián)的電阻大于任一電阻，判斷開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)與閉合情況使燈與R串聯(lián)時(shí)，根據(jù)電阻的串聯(lián)，電路的總電阻，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求電路的最小電功率．

解答 解：（1）燈泡L標(biāo)有“12V 0.5A”字樣，表示燈的額定電壓為12V，額定電流為0.5A，則燈的額定功率：
P=UI=12V×0.5A=6W；
（2）當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂、閉合S₁和S₃時(shí)，燈與R并聯(lián)，因電源電壓為12V，故燈正常發(fā)光，通過(guò)的電流為0.5A，
根據(jù)歐姆定律通過(guò)R的電流：
I_R=$\frac{U}{R}=\frac{12V}{12Ω}$=1A，
根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，電路中的總電流是：
I=I_L+I_R=0.5A+1A=1.5A；
（2）由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，燈的電阻：
R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.5A}$=24Ω，
P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，當(dāng)電路的總電阻最大時(shí)，電路的總功率最小，根據(jù)并聯(lián)的電阻小于其中任一電阻，并聯(lián)的電阻大于任一電阻，故當(dāng)燈與R串聯(lián)時(shí)，即S₁、S₃斷開(kāi)，S₂閉合，燈與R串聯(lián)時(shí)，串聯(lián)的總電阻最大，根據(jù)電阻的串聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻：
R_{串聯(lián)}=R_L+R=24Ω+12Ω=36Ω，
電路的最小電功率：
P_最小=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{串聯(lián)}}$=$\frac{（12V）^{2}}{36Ω}$=4W．
答：（1）燈泡L的額定功率是6W；
（2）當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂、閉合S₁和S₃時(shí)，電路中的總電流是1.5A；
（3）即S₁、S₃斷開(kāi)，S₂閉合時(shí)，整個(gè)電路消耗的總功率最小，此時(shí)的總功率為4W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查串聯(lián)、并聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律和電功率公式的運(yùn)用，最后一問(wèn)是難點(diǎn)，關(guān)鍵要明確電路總電阻最大的條件．