【分析】
要解决这个问题,我们需要结合电能的计算公式,分析不同连接方式下的总电阻大小,再判断相同时间内消耗的电能多少。首先,电源相同意味着电压U相同,时间t也相同,根据电能公式$W=\frac{U^2}{R}t$,可以得出:在U和t一定时,消耗的电能W与总电阻R成反比,即总电阻越大,消耗的电能越少。所以我们的解题思路是:先分别计算或比较四个选项的总电阻大小,再找出总电阻最大的那一组,就是消耗电能最少的。
首先回忆串并联电阻的规律:串联电路总电阻等于各电阻之和,总电阻大于任何一个分电阻;并联电路总电阻的倒数等于各电阻倒数之和,总电阻小于任何一个分电阻。已知$R_1>R_2$,我们依次分析每个选项的电阻:
1. 选项A:$R_1$与$R_2$串联,总电阻$R_A = R_1 + R_2$,这个电阻比$R_1$、$R_2$都大;
2. 选项B:$R_1$与$R_2$并联,总电阻$R_B = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$,这个电阻比$R_2$还小;
3. 选项C:电阻为$R_1$;
4. 选项D:电阻为$R_2$。
比较这四个电阻的大小:$R_A>R_1>R_2>R_B$。根据W与R成反比的关系,总电阻最大的A选项,在相同时间内消耗的电能最少。
【解析】
已知电源电压为$U$,通电时间为$t$,根据电能计算公式$W=\frac{U^2}{R}t$($U$、$t$相同),消耗的电能$W$与总电阻$R$成反比,即总电阻越大,消耗的电能越少。
1. 分析各选项总电阻:
A选项:$R_1$与$R_2$串联,总电阻$R_A = R_1 + R_2$;
B选项:$R_1$与$R_2$并联,总电阻$R_B = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$;
C选项:总电阻$R_C = R_1$;
D选项:总电阻$R_D = R_2$。
2. 比较电阻大小:
由串并联电阻规律可知,串联总电阻大于任何分电阻,并联总电阻小于任何分电阻,结合$R_1>R_2$,可得$R_A>R_1>R_2>R_B$。
3. 判断电能消耗:
因为$U$和$t$相同,根据$W=\frac{U^2}{R}t$,总电阻越大,消耗的电能越少,所以A选项的总电阻最大,相同时间内消耗的电能最少。
【答案】
A
【知识点】
电能的计算、串并联电阻规律
【点评】
本题考查电能公式的应用和串并联电阻的规律,关键是理解在电压和时间相同时,电能与电阻的反比关系,同时要熟练掌握串并联电阻的大小比较方法,通过电阻大小判断电能消耗的多少。
【难度系数】
0.7