Question

10．如圖所示，電源電壓保持不變，定值電阻R₁=40Ω，燈泡L上標(biāo)有“6V 3.6W”的字樣，閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，電壓表的示數(shù)為12V，燈泡正常發(fā)光，求：
（1）電源電壓U；
（2）此時(shí)滑動(dòng)變阻器R₂連入電路的電阻值；
（3）保持滑動(dòng)變阻器R₁滑片的位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，同時(shí)閉合開關(guān)S和S₂，在5min內(nèi)電流通過定值電阻R₁產(chǎn)生的熱量是多少？

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，燈泡L與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測R₂兩端的電壓，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出電源的電壓；
（2）根據(jù)P=UI和串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出電路中的電流，利用歐姆定律求出此時(shí)滑動(dòng)變阻器R₂連入電路的電阻值；
（3）當(dāng)斷開開關(guān)S₁，同時(shí)閉合開關(guān)S和S₂時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)Q=I²Rt求出R₁產(chǎn)生的熱量．

解答 解：（1）閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，燈泡L與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測R₂兩端的電壓，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，且燈泡正常發(fā)光，
所以，電源的電壓：
U=U_L+U₂=6V+12V=18V；
（2）因串聯(lián)電路中各處的電流相等，且燈泡正常發(fā)光，由P=UI可得：
電路中的電流I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{3.6W}{6V}$=0.6A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，此時(shí)滑動(dòng)變阻器R₂連入電路的電阻值：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω；
（3）當(dāng)S、S₂閉合，S₁斷開時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，由于保持滑動(dòng)變阻器R₁滑片的位置不動(dòng)，則連入的阻值為20Ω；
電路中的電流：
I′=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{18V}{40Ω+20Ω}$=0.3A，
R₁產(chǎn)生的熱量Q₁=I′²R₁t=（0.3A）²×40Ω×5×60s=1080J．
答：（1）電源電壓為18V；
（2）此時(shí)滑動(dòng)變阻器R₂連入電路的電阻值為20Ω；
（3）當(dāng)S、S₂閉合，S₁斷開時(shí)，R₁產(chǎn)生的熱量為1080J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是開關(guān)閉合和斷開時(shí)電路連接方式的判斷．