21. 在图(a)所示的电路中，电源电压不变，$R$的阻值为$8\ \Omega$，灯泡 L 的电流随电压变化的关系如图(b)所示。开关闭合，灯泡 L 两端的电压为$8\ V$。
(1) 求电源电压。
(2) 将图(a)中$R$换成和 L 一样的灯泡，求$10\ s$内一个灯泡消耗的电能。
(3) 将图(a)中$R$和 L 由串联改为并联，求整个电路的电功率。
(1) 求电源电压。
(2) 将图(a)中$R$换成和 L 一样的灯泡，求$10\ s$内一个灯泡消耗的电能。
(3) 将图(a)中$R$和 L 由串联改为并联，求整个电路的电功率。
答案：(1) 由图(b)知，当灯泡L两端电压$U_L=8\ V$时，通过的电流$I_L=0.5\ A$。串联电路中电流处处相等，所以通过$R$的电流$I_R=I_L=0.5\ A$。$R$两端电压$U_R=I_RR=0.5\ A×8\ \Omega=4\ V$。电源电压$U=U_L+U_R=8\ V+4\ V=12\ V$。
(2) 两相同灯泡串联，总电压$12\ V$，每个灯泡两端电压$U'=6\ V$。由图(b)知，此时电流$I'=0.4\ A$。一个灯泡消耗的电能$W=U'I't=6\ V×0.4\ A×10\ s=24\ J$。
(3) 并联时，$R$两端电压$U=12\ V$，其功率$P_R=\frac{U^2}{R}=\frac{(12\ V)^2}{8\ \Omega}=18\ W$。灯泡L两端电压$12\ V$，由图(b)知电流$I_L'=0.6\ A$，功率$P_L=UI_L'=12\ V×0.6\ A=7.2\ W$。总功率$P=P_R+P_L=18\ W+7.2\ W=25.2\ W$。
(1) $12\ V$；(2) $24\ J$；(3) $25.2\ W$
(2) 两相同灯泡串联，总电压$12\ V$，每个灯泡两端电压$U'=6\ V$。由图(b)知，此时电流$I'=0.4\ A$。一个灯泡消耗的电能$W=U'I't=6\ V×0.4\ A×10\ s=24\ J$。
(3) 并联时，$R$两端电压$U=12\ V$，其功率$P_R=\frac{U^2}{R}=\frac{(12\ V)^2}{8\ \Omega}=18\ W$。灯泡L两端电压$12\ V$，由图(b)知电流$I_L'=0.6\ A$，功率$P_L=UI_L'=12\ V×0.6\ A=7.2\ W$。总功率$P=P_R+P_L=18\ W+7.2\ W=25.2\ W$。
(1) $12\ V$；(2) $24\ J$；(3) $25.2\ W$