Question

16．如图所示，将灯L₁、L₂按图甲、乙两种方式按在电压均为U的两个电路中，甲图中灯L₁的功率为4W，乙图中灯L₁的功率为9W．设灯丝电阻不变，则甲、乙两图中灯L₁两端的电压之比是2：3；甲、乙两图电路消耗的总功率之比是2：9．

Answer 1

分析 （1）甲图中，两灯串联，乙图中两灯并联，根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求甲乙两图中灯L₁两端的电压之比；
（2）根据串联电路的特点和欧姆定律结合甲图求出L₁、L₂两灯灯丝电阻之比，根据电阻的串联和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出甲图电路消耗的总功率，再根据并联电路的电压特点和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$表示出乙图中两灯泡的电功，两者功率之和即为乙图中电路消耗的总功率，进一步结合电阻关系求出甲、乙两图中电路消耗的总功率之比．

解答 解：（1）因甲图中灯L₁的功率P₁=$\frac{{{U}^{2}}_{1}}{{R}_{1}}$，乙图中灯L₁的功率P₁′=$\frac{{{U}^{2}}_{\;}}{{R}_{1}}$，
所以，$\frac{{P}_{1}}{{P}_{1}′}$=$\frac{\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{R}_{1}}}{\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}}$=$\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{U}^{2}}$=$\frac{4W}{9W}$，
解得：$\frac{{U}_{1}}{U}$=$\frac{2}{3}$，即甲、乙两图中灯L₁两端的电压之比为2：3；
（2）甲图中，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，且电路中各处的电流相等，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得：
$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$=$\frac{\frac{{U}_{1}}{I}}{\frac{{U}_{2}}{I}}$=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{U}_{1}}{U-{U}_{1}}$=$\frac{2}{3-2}$=$\frac{2}{1}$，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，甲图中电路消耗的总功率：
P_甲=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{{U}^{2}}{{2R}_{2}+{R}_{2}}$=$\frac{{U}^{2}}{3{R}_{2}}$，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，乙图电路消耗的总功率：
P_乙=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$+$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{{U}^{2}}{{2R}_{2}}$+$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{{3U}^{2}}{2{R}_{2}}$，
则甲、乙两图电路消耗的总功率之比
$\frac{{P}_{甲}}{{P}_{乙}}$=$\frac{\frac{{U}^{2}}{3{R}_{2}}}{\frac{3{U}^{2}}{2{R}_{2}}}$=$\frac{2}{9}$．
故答案为：2：3； 2：9．

点评 本题考查学生对欧姆定律、串并联特点的掌握和运用，要求灵活选用公式，涉及到求比值问题，要细心防止因颠倒而出错．