精析开关与灯泡的四种关系

物理电学部分经常要根据题目要求设计电路.设计电路时，学生往往弄不清楚开关的位置，以及开关与用电器之间的连接关系，从而会由于一个开关的错误位置导致整个题前功尽弃.开关与用电器之间的连接关系是对整个电路整体结构的把握，因此弄清楚开关与用电器的连接方式非常重要，所以设计电路时首先要明确.下面就四种开关与用电器的连接方式进行详细说明.

关系一如果某开关要控制某用电器，开关闭合，用电器工作，开关断开，用电器停止工作.就要将这个开关与它所控制的用电器串联.

例在击剑比赛中，当甲方运动员的剑击中乙方的导电服时(相当于开关“S甲”闭合)，电路导通，乙方指示灯L乙亮；反之当乙方的剑击中甲方的导电服时(相当于开关“S乙”闭合)甲方所示灯L甲亮.图中能反映这种原理的电路是

分析当甲方击中乙方时电路接通，故S甲与乙方指示灯串联，S乙与甲方指示灯串联，然后根据两个电路互不影响的原则，并联在电源两端.B符合题意.

关系二如果两个开关同时闭合才能使某用电器工作，其中有一个开关断开，用电器就不能工作，那么这两个开关要串联在一起，并且与用电器串联.

例火车的车厢后面有两间厕所，只有当两间厕所的门都关上时，(每扇门的插销相当于一个开关)，车厢中的指示牌内指示灯才会发光，指示牌就会显示“厕所有人”字样，提示旅客两间厕所都有人，图为其模拟电路图，符合要求的是

分析弄清楚两开关的连接方式和位置是解决本题的关键.两间厕所的门都关上时，即两个开关都闭合时，指示灯才会发光说明两开关相互影响、不能独立工作，即为串联且控制灯泡.B符合题意.

关系三如果两个开关中只需要闭合其中一个开关就可以使同一个用电器工作，那么这两个开关就是并联，互不影响.然后再与用电器串联.

例(2012年杭州)某档案馆的保密室进出门有下列要求：甲、乙两资料员必须同时用各自的钥匙(S甲、S乙分别表示甲、乙两资料员的钥匙)使灯亮才能进入保密室；而馆长只要用自己的钥匙(S馆长表示馆长的钥匙)使灯亮就可以进入保密室.下列电路中符合上述要求的是

分析根据题意得出三个开关连接的方式和灯泡的位置是解决本题的关键.甲、乙两资料员必须同时用各自的钥匙使灯亮才能进入保密室，说明两者不能独立工作、相互影响即为串联；这跟上述开关与灯泡的关系二相同.馆长只要用自己的钥匙使灯亮就可以进入保密室，说明两种方案都能使灯亮，馆长的钥匙开关与甲、乙资料员钥匙开关并联，且灯泡位于干路；故选C.

关系四一般情况下，开关应该与要控制的用电器串联，开关闭合，用电器工作，开关断开，用电器停止工作.而如果出现一种特殊情况，即开关闭合，用电器停止工作，开关断开，用电器开始工作，这时开关就与用电器并联了.也就是当开关闭合，用电器被短路了，所以停止工作.开关断开，用电器才能正常工作.这种情况一定不能将用电器单独接在电源两端，因为开关闭合会造成电源短路，一定在干路上串联一个保护电阻.

例(2009年杭州)小施学校的教学楼有东、南、西、北四扇大门，放学后要求都要将门关上.平时传达室的蒋师傅住在南门，每天都要跑三个地方检查门是否关上，非常辛苦.小施学了电学后为减轻蒋师傅的工作量，设计了一电路图，即三个门中只要有门没关好(相当于一个开关断开)，则代表该扇门的指示灯就会发光.下列电路图中符合要求的是灯泡两端的电压UL=U-UR=6 V-2 V=4 V，

灯泡L消耗的电功WL=ULIt=4 V×0.2 A×10 s=8 J.

练习1.从如图3家用电能表的盘面可知，电路中允许接入用电器的最大总功率为W；若某个电热水器单独使用时，转盘在300 s内转了210转，则热水器消耗的电能是，热水器的功率是.

2.小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个档位的发热功率.如图是其内部简化电路图，开关S1可分别与触点a、b接触. 已知：R1=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，电源电压保持不变.请分析和解答以下问题：(1)电烤箱在中档位工作时，消耗的电功率是多少?(2)电烤箱在高档位工作时，对食物加热6 min，消耗的电能为多少?

参考答案1.2200 W；2.52×105 J ；840 W.

2.(1)1000 W(2)5.4×105 J

分析当一个开关断开时，与该开关相连的灯泡发光，开关闭合时，灯泡不发光，说明开关要与所控制的灯泡并联.在A中，当开关全部闭合时，三个灯泡全部被短路，不发光，当东、西、北有一个开关断开，该灯被接通发光，两个开关断开，就是两个灯发光，依此类推，故A符合题意.

在B中，东、西、北门有一个开关断开，不影响灯泡的发光，都闭合时，三个都不发光，断开东、西、北门任何一个开关，灯泡都正常发光，故B不合题意.

在C中，断开东、西、北门任何一个开关，都不影响三个灯泡正常发光，故C不和题意.

在D中，断开东、西、北门任何一个开关，与其相连的灯泡都不发光，与题意相反.