12. 如图 15-2-4 所示,电源电压恒定,$R_1 = 6 Ω$,$R_2 = 4 Ω$。
(1) 当开关$S_1$闭合,$S_2$、$S_3$断开时,电流表的示数为 0.6 A,10 s 内电流通过$R_1$做功
21.6
$J$,电流通过$R_2$做功
14.4
$J$,电路消耗电能
36
$J$。
(2) 当开关$S_1$、$S_2$和$S_3$都闭合时,电流表的示数为 1.5 A,10 s 内电流通过$R_1$做功
60
$J$,电流通过灯泡 L 做功
30
$J$,电路消耗电能
90
$J$。

解析:
【分析】
(1) 当开关$S_1$闭合,$S_2$、$S_3$断开时,$R_1$与$R_2$串联,电路中电流处处相等。可利用公式$W=I^2Rt$分别计算电流通过$R_1$、$R_2$做的功,电路消耗的总电能等于两者做功之和,也可先通过串联电路规律算出电源电压,再用$W=UIt$计算总电能。
(2) 当开关$S_1$、$S_2$、$S_3$都闭合时,$R_2$被短路,$R_1$与灯泡$L$并联,电源电压恒定。先利用欧姆定律算出通过$R_1$的电流,再用$W=UIt$计算$R_1$做功;根据并联电路电流规律算出通过灯泡$L$的电流,进而计算灯泡做功;电路总电能等于$R_1$和灯泡$L$做功之和,也可直接用$W=UIt$计算。
【解析】
(1) 当开关$S_1$闭合,$S_2$、$S_3$断开时,$R_1$与$R_2$串联,电路电流$I=0.6A$:
电流通过$R_1$做功:
$W_1=I^2R_1t=(0.6A)^2×6Ω×10s=21.6J$
电流通过$R_2$做功:
$W_2=I^2R_2t=(0.6A)^2×4Ω×10s=14.4J$
电路消耗的总电能:
$W_{总1}=W_1+W_2=21.6J+14.4J=36J$(或先算电源电压$U=I(R_1+R_2)=0.6A×(6Ω+4Ω)=6V$,再用$W_{总1}=UIt=6V×0.6A×10s=36J$)
(2) 当开关$S_1$、$S_2$、$S_3$都闭合时,$R_2$被短路,$R_1$与$L$并联,电源电压$U=6V$:
通过$R_1$的电流:$I_1=\frac{U}{R_1}=\frac{6V}{6Ω}=1A$
电流通过$R_1$做功:$W_1'=UI_1t=6V×1A×10s=60J$
通过灯泡$L$的电流:$I_L=I_{总}-I_1=1.5A-1A=0.5A$
电流通过灯泡$L$做功:$W_L=UI_Lt=6V×0.5A×10s=30J$
电路消耗的总电能:$W_{总2}=W_1'+W_L=60J+30J=90J$(或$W_{总2}=UI_{总}t=6V×1.5A×10s=90J$)
【答案】
21.6;14.4;36;60;30;90
【知识点】
串联电路电功计算;并联电路电功计算;电功与电能关系
【点评】
本题考查串、并联电路的电功计算,核心是准确判断不同开关状态下的电路连接方式,灵活运用电功的不同计算公式求解,需注意电源电压恒定这一关键条件的利用。
【难度系数】
0.6