Question

2．如图所示，电源电压为3V保持不变，灯泡L标有“3V  1.2W”的字样，R为阻值未知的定值电阻．
（1）求灯泡正常发光时的电流和电阻；
（2）开关S闭合、S₁断开，电流表示数为0.3A，求1min内电路消耗的电能；
（3）开关S、S₁均闭合，滑动变阻器的滑片P滑至最右端，电流表的示数为1A，求R的阻值及其消耗的电功率．

Answer 1

分析 （1）由P=UI计算灯泡正常发光的电流，由I=$\frac{U}{R}$计算灯泡电阻；
（2）开关S闭合、S₁断开，R与滑动变阻器串联，电流表测电路中电流，由W=UIt计算1min内电路消耗的电能；
（3）开关S、S₁均闭合，P在右端，变阻器连入阻值为0，R与灯泡L并联，由并联电路特点可得R的电流，由欧姆定律及电功率公式计算即可．

解答 解：
（1）已知灯泡额定电压和额定功率，由P=UI可得灯泡正常发光的电流：
I_额=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{1.2W}{3V}$=0.4A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，灯泡电阻：
R_L=$\frac{{U}_{额}}{{I}_{额}}$=$\frac{3V}{0.4A}$=7.5Ω；
（2）由图知，开关S闭合、S₁断开，R与滑动变阻器串联，电流表测电路中电流，
1min内电路消耗的电能：
W=UIt=3V×0.3A×60s=54J；
（3）开关S、S₁均闭合，P在右端，变阻器连入阻值为0，R与灯泡L并联，电流表测干路电流，
所以U=U_L=U_R=3V，
所以灯泡正常发光，通过灯泡的电流为0.4A，
由并联电路特点可得R的电流：
I_R=I-I_L=1A-0.4A=0.6A，
所以R的电阻：
R=$\frac{U}{{I}_{R}}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，
R消耗的电功率：
P_R=U_RI_R=3V×0.6A=1.8W．
答：（1）灯泡正常发光时的电流为0.4A，电阻为7.5Ω；
（2）开关S闭合、S₁断开，1min内电路消耗的电能54J；
（3）R的阻值为5Ω，开关S、S₁均闭合，滑动变阻器的滑片P滑至最右端，R消耗的电功率1.8W．

点评 本题考查了串联和并联电路特点、欧姆定律公式、电功率公式及电功公式的应用，正确分别开关在不同状态下的电路状态是解题的关键．