Question

如圖所示電路中，電源兩端的電壓和燈絲的電阻均保持不變，定值電阻R₁=25Ω．只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，燈L正常發(fā)光；只閉合開(kāi)關(guān)S₃時(shí)，燈L的實(shí)際功率為其額定功率的，R₂消耗的功率為0.5W；改變?nèi)齻�(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，在保證R₁工作的條件下，若R₁消耗的最大功率和最小功率之比為4：1．
求：（1）燈絲的電阻R_燈；
（2）電源兩端的電壓U；（請(qǐng)畫(huà)出相關(guān)的等效電路圖）

Answer 1

【答案】分析：（1）只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，電路中只有一個(gè)燈泡L，此時(shí)電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，也等于電源電壓．此時(shí)燈L正常發(fā)光，即功率為其額定功率．
（2）只閉合開(kāi)關(guān)S₃時(shí)，此時(shí)電阻R₁、R₂與燈泡一起串聯(lián)在電路中，此時(shí)電壓表測(cè)燈泡兩端電壓．
（3）因燈泡的額定值都未知；則根據(jù)已知電源電壓不變、燈L的實(shí)際功率為其額定功率的和R₁消耗的最大功率和最小功率之比為4：1列出關(guān)系式求解．
解答：解：（1）只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，電路結(jié)構(gòu)如圖1（1）所示．
只閉合開(kāi)關(guān)S₃時(shí)，電路結(jié)構(gòu)如圖1（2）所示．
由題意可知 ==，
所以I_額=4I---------------①
同時(shí)因電源電壓不變，則對(duì)于圖1（1）、（2）所示的兩電路狀態(tài)有
I_額R_燈=I（R₁+R₂+R_燈）----------------------②
保證R₁處于工作狀態(tài)，有如下三種電路情況：
第一，開(kāi)關(guān)S₃閉合，如圖1（2）所示；
第二，開(kāi)關(guān)S₂、S₃閉合，如圖2所示；
第三，開(kāi)關(guān)S₁、S₂、S₃均閉合，如圖3所示．
對(duì)圖1（2）和圖2可知，處于圖1（2）所示的狀態(tài)時(shí)R₁消耗的功率最小，記為P_1小；
處于圖2、3所示的狀態(tài)時(shí)，R₁消耗的功率等大，均為最大功率，記為P_1大．
所以依題意有 ==，解得R₂+R_燈=R₁=25Ω-----------------③
聯(lián)立上述三式，可解得：R_燈=12.5Ω，R₂=12.5Ω．
（2）對(duì)圖1（2）所示電路狀態(tài)有
P₂=I²R₂=0.5W，解得I=0.2A．
對(duì)此電路狀態(tài)根據(jù)歐姆定律有
U=I（R₁+R₂+R_燈）=0.2A×（25Ω+12.5Ω+12.5Ω）=10V．
答：（1）燈絲的電阻為12.5Ω；（2）電源電壓為10V．
點(diǎn)評(píng)：本題對(duì)學(xué)生的要求很高，解題的基礎(chǔ)在于弄清不同開(kāi)關(guān)斷閉時(shí)的電路狀態(tài)，解題的關(guān)鍵在于如何把題目已知的關(guān)系用公式表達(dá)出來(lái)，并進(jìn)一步進(jìn)行推導(dǎo)．