Question

如圖所示電路，電源兩端電壓為12V且保持不變，燈絲電阻也不變．燈L₁與燈L₂電阻之比R₁：R₂=1：3，將開關S、S₁閉合時，R₃消耗的功率為1W，電壓表的示數為U₁，電路消耗的總功率為P_總；將開關S、S₂閉合時，R₄消耗的功率為4W，電壓表的示數為U₁′，電路消耗的總功率為P_總′．U₁′=2U₁．請你解決下面問題：
（1）畫出圖的等效電路圖；
（2）求燈L₁的電阻值；
（3）求P_總與P_總′之比．

Answer 1

解：（1）由分析可知L₂、R₃串聯后R₄與并聯，又與L₁串聯，開關S控制整個電路，S₁控制L₂和R₃，S₂控制R₄，電壓表測量L₁兩端的電壓．等效電路圖如圖所示

（2）當開關S、S₁閉合時，如圖所示三用電器串聯
P₃=（）²R₃=1W ①
U₁=?R₁ ②
當開關S、S₂閉合時，如圖所示兩用電器串聯
P₄=（）²R₄=4W ③
U₁′=?R₁ ④
U₁′=2U₁ ⑤
將數值代入以上公式，可解得R₁=8Ω，R₂=24Ω，R₃=16Ω，R₄=16Ω
（3）當開關S、S₁閉合時，電路消耗的總功率與開關S、S₂閉合時電路消耗的總功率之比：==．
答：（2）燈L₁的電阻值為8Ω；
（3）P_總與P_總′之比為1：2．
分析：（1）根據實物圖判斷出電路的連接方法，圖中有電壓表，有電流表，那么首先對電壓表采用“先摘除再復原”的處理方法，然后將電流表視作導線，再判斷電路的連接方式：
電流從電源正極出發，流經開關S后，分成兩支：①通過燈S₁、L₂、R₃；②通過S₂、R₄；兩路匯合后，通過L₁回到電源的負極；電壓表測L₁兩端的電壓；
（2）當開關S、S₁閉合時，先畫出等效電路，然后利用P=表示出R₃消耗的功率為①式；再根據電阻和電源電壓表示出電壓表的示數為②式；
當開關S、S₂閉合時，同理，先畫出等效電路，然后利用P=表示出R₄消耗的功率為③式；再用電源電壓和電阻表示出電壓表的示數位④式；
然后根據兩次電壓表示數的關系求出燈L₁的電阻值．
（3）已知電阻直接利用P=即可求出_總與P_總′之比．
點評：由實物畫電路圖的能力．要看清電流表是測量哪個電燈的電流，及電壓表、開關的位置．
本題考查了開關斷開和閉合對電路和用電器的影響，以及對電功率公式的應用．