Question

如图所示电路，灯泡和电阻R并联接在电源上，电阻R=20Ω，电源电压恒为12V，当开关S闭合后，灯泡恰能正常发光，且在5min内有120C的电荷通过灯泡．根据这些条件，你还能求出哪些物理量，并解答出来．

Answer 1

分析：对于灯泡来讲：灯泡正常发光能求额定电压；知道通电时间和通过的电量，能求电流；知道电压和电流能求电阻；知道电压和电流能求功率；知道电压、电压、通电时间能求电功和产生的电热．
对于电阻：电阻和灯泡并联在电路中，能求电阻的电压；知道电阻和电压，能求电流；知道电压和电流能求功率；知道电压、电流、通电时间，能求电功和电热．
对于整个电路：知道灯泡和电阻的电流能求总电流；知道灯泡和电阻的功率能求总功率；知道总功率和通电时间能求电流做的功．

解答：解：灯泡：
（1）灯泡的额定电压：U_L=U=12V．
（2）通过灯泡的电流：I_L=

Q

t

=

120C

300s

=0.4A．
（3）灯泡的电阻：R_L=

UL

IL

=

12V

0.4A

=30Ω．
（4）灯泡的功率：P_L=U_LI_L=12V×0.4A=4.8W．
（5）5min内电流对灯泡做的功：W_L=U_LI_Lt=12V×0.4A×300s=1440J．
（6）5min内灯泡产生的热量：Q_L=I_L²R_Lt=（0.4A）²×30Ω×300s=1440J．
电阻：
（7）R两端的电压：U_R=U=12V．
（8）R中的电流：I_R=

UR

R

=

12V

20Ω

=0.6A．
（9）R的功率是：P_R=U_RI_R=12V×0.6A=7.2W．
（10）电流通过R时做的功：W_R=U_RI_Rt=12V×0.6A×300s=2160J．
（11）电流通过R时电能全部转化为内能，所以Q_R=W_R=2160J．
整个电路：
（12）干路电流为：I=I_L+I_R=0.4A+0.6A=1A．
（13）电路总功率为：P=P_L+P_R=4.8W+7.2W=12W．
（14）电路电流做的功：W=W_L+W_R=1440J+2160J=3600J．
（15）电路产生的总热量：Q=W=3600J．

点评：针对这种开放性习题，没有固定答案，要从每一个元件和总电路的各物理量上去考虑，要考虑灯泡、电阻、总电路的电流、电压、电阻、电功率、电功、电热等．