Question

如圖所示電路，燈泡和電阻R并聯接在電源上，電阻R=20Ω，電源電壓恒為12V，當開關S閉合后，燈泡恰能正常發光，且在5min內有120C的電荷通過燈泡．根據這些條件，你還能求出哪些物理量，并解答出來．

Answer 1

分析：對于燈泡來講：燈泡正常發光能求額定電壓；知道通電時間和通過的電量，能求電流；知道電壓和電流能求電阻；知道電壓和電流能求功率；知道電壓、電壓、通電時間能求電功和產生的電熱．
對于電阻：電阻和燈泡并聯在電路中，能求電阻的電壓；知道電阻和電壓，能求電流；知道電壓和電流能求功率；知道電壓、電流、通電時間，能求電功和電熱．
對于整個電路：知道燈泡和電阻的電流能求總電流；知道燈泡和電阻的功率能求總功率；知道總功率和通電時間能求電流做的功．

解答：解：燈泡：
（1）燈泡的額定電壓：U_L=U=12V．
（2）通過燈泡的電流：I_L=

Q

t

=

120C

300s

=0.4A．
（3）燈泡的電阻：R_L=

UL

IL

=

12V

0.4A

=30Ω．
（4）燈泡的功率：P_L=U_LI_L=12V×0.4A=4.8W．
（5）5min內電流對燈泡做的功：W_L=U_LI_Lt=12V×0.4A×300s=1440J．
（6）5min內燈泡產生的熱量：Q_L=I_L²R_Lt=（0.4A）²×30Ω×300s=1440J．
電阻：
（7）R兩端的電壓：U_R=U=12V．
（8）R中的電流：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）電流通過R時做的功：W_R=U_RI_Rt=12V×0.6A×300s=2160J．
（11）電流通過R時電能全部轉化為內能，所以Q_R=W_R=2160J．
整個電路：
（12）干路電流為：I=I_L+I_R=0.4A+0.6A=1A．
（13）電路總功率為：P=P_L+P_R=4.8W+7.2W=12W．
（14）電路電流做的功：W=W_L+W_R=1440J+2160J=3600J．
（15）電路產生的總熱量：Q=W=3600J．

點評：針對這種開放性習題，沒有固定答案，要從每一個元件和總電路的各物理量上去考慮，要考慮燈泡、電阻、總電路的電流、電壓、電阻、電功率、電功、電熱等．