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19 [2025安庆二模]将一理想的电流表接入如图所示的电路中，$R_1$、$R_2$、$R_3$为定值电阻，阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω。当闭合开关后，电流表示数为0.3 A，则（
A.电源电压为18 V
B.流过$R_2$的电流为0.3 A
C.电路消耗的总功率为3.6 W
D.10 s内电流通过电阻$R_3$产生的热量为2.7 J
C
）A.电源电压为18 V
B.流过$R_2$的电流为0.3 A
C.电路消耗的总功率为3.6 W
D.10 s内电流通过电阻$R_3$产生的热量为2.7 J
答案
19.C 【解析】由电路图可知,闭合开关后,$R_1$与$R_3$串联,$R_2$短路,电流表测电路中的电流。根据串联电路的电阻规律和欧姆定律可得,电源电压$U=IR=I(R_1+R_3)=0.3\ \mathrm{A}×(10\ \Omega+30\ \Omega)=12\ \mathrm{V}$,故A错误;由于$R_2$被短路,因此流过$R_2$的电流为0 A,故B错误;电路消耗的总功率$P=UI=12\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=3.6\ \mathrm{W}$,故C正确;10 s内电流通过电阻$R_3$产生的热量$Q=I^2R_3t=(0.3\ \mathrm{A})^2×30\ \Omega×10\ \mathrm{s}=27\ \mathrm{J}$,故D错误。
解析
【分析】
首先分析电路结构：理想电流表相当于导线，会短路与其并联的电阻，因此闭合开关后，$R_2$被短路，电路为$R_1$与$R_3$串联，电流表测量串联电路的电流。接下来结合串联电路特点、欧姆定律、电功率公式、电热公式逐一分析各选项即可。
【解析】
由电路图可知，闭合开关后，$R_2$被电流表短路，$R_1$与$R_3$串联，电流表测电路电流，$I=0.3\ \mathrm{A}$。
选项A：根据串联电路电阻规律和欧姆定律，电源电压$U=I(R_1+R_3)=0.3\ \mathrm{A}×(10\ \Omega+30\ \Omega)=12\ \mathrm{V}≠18\ \mathrm{V}$，A错误；
选项B：$R_2$被短路，因此流过$R_2$的电流为$0\ \mathrm{A}$，B错误；
选项C：电路消耗的总功率$P=UI=12\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=3.6\ \mathrm{W}$，C正确；
选项D：10 s内电流通过$R_3$产生的热量$Q=I^2R_3t=(0.3\ \mathrm{A})^2×30\ \Omega×10\ \mathrm{s}=27\ \mathrm{J}≠2.7\ \mathrm{J}$，D错误。
【答案】
C
【知识点】
串联电路特点、欧姆定律、电功率计算、电热计算
【点评】
本题考查电路分析与电学基本公式的应用，核心是正确判断电路连接方式，属于基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
首先分析电路结构：理想电流表相当于导线，会短路与其并联的电阻，因此闭合开关后，$R_2$被短路，电路为$R_1$与$R_3$串联，电流表测量串联电路的电流。接下来结合串联电路特点、欧姆定律、电功率公式、电热公式逐一分析各选项即可。
【解析】
由电路图可知，闭合开关后，$R_2$被电流表短路，$R_1$与$R_3$串联，电流表测电路电流，$I=0.3\ \mathrm{A}$。
选项A：根据串联电路电阻规律和欧姆定律，电源电压$U=I(R_1+R_3)=0.3\ \mathrm{A}×(10\ \Omega+30\ \Omega)=12\ \mathrm{V}≠18\ \mathrm{V}$，A错误；
选项B：$R_2$被短路，因此流过$R_2$的电流为$0\ \mathrm{A}$，B错误；
选项C：电路消耗的总功率$P=UI=12\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=3.6\ \mathrm{W}$，C正确；
选项D：10 s内电流通过$R_3$产生的热量$Q=I^2R_3t=(0.3\ \mathrm{A})^2×30\ \Omega×10\ \mathrm{s}=27\ \mathrm{J}≠2.7\ \mathrm{J}$，D错误。
【答案】
C
【知识点】
串联电路特点、欧姆定律、电功率计算、电热计算
【点评】
本题考查电路分析与电学基本公式的应用，核心是正确判断电路连接方式，属于基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
20 [2024河北]如表所示为某储水式热水器的铭牌，它表明该热水器的额定电压为
220
V。若该热水器正常工作3000 s，可将一箱装有额定容量的水从25 ℃加热到50 ℃，则这个过程中水吸收的热量为$8.4×10^6$
J，热水器的效率约为93%
(结果精确到1%)。[水的密度为$1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$，水的比热容为$4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$]答案
20. 220 $8.4×10^6$ 93%
解析
【分析】
首先从热水器铭牌中直接读取额定电压；接着利用水的密度和额定容量计算水的质量，再根据热量公式计算水吸收的热量；然后计算热水器正常工作消耗的电能，最后根据效率公式求出热水器的效率，解题时需注意单位换算和公式的正确应用。
【解析】
1. 额定电压：由铭牌可知，该热水器的额定电压为220 V。
2. 计算水的质量：额定容量$V=80\ \mathrm{L}=80\ \mathrm{dm}^3=0.08\ \mathrm{m}^3$，根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，得水的质量$m=\rho V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×0.08\ \mathrm{m}^3=80\ \mathrm{kg}$。
3. 计算水吸收的热量：温度变化$\Delta t=50°\mathrm{C}-25°\mathrm{C}=25°\mathrm{C}$，根据热量公式$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$，得$Q_{\mathrm{吸}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×80\ \mathrm{kg}×25°\mathrm{C}=8.4×10^6\ \mathrm{J}$。
4. 计算热水器消耗的电能：热水器正常工作时功率$P=3000\ \mathrm{W}$，工作时间$t=3000\ \mathrm{s}$，根据电能公式$W=Pt$，得$W=3000\ \mathrm{W}×3000\ \mathrm{s}=9×10^6\ \mathrm{J}$。
5. 计算热水器的效率：根据效率公式$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W}×100\%$，得$\eta=\frac{8.4×10^6\ \mathrm{J}}{9×10^6\ \mathrm{J}}×100\%\approx93\%$。
【答案】
220；$8.4×10^6$；93%
【知识点】
密度公式应用、热量计算、效率计算
【点评】
本题结合生活中的热水器铭牌，考查密度、热量、电能及效率的基础计算，需要学生熟练掌握相关公式，注意单位统一，属于常规基础题。
【难度系数】
0.7
首先从热水器铭牌中直接读取额定电压；接着利用水的密度和额定容量计算水的质量，再根据热量公式计算水吸收的热量；然后计算热水器正常工作消耗的电能，最后根据效率公式求出热水器的效率，解题时需注意单位换算和公式的正确应用。
【解析】
1. 额定电压：由铭牌可知，该热水器的额定电压为220 V。
2. 计算水的质量：额定容量$V=80\ \mathrm{L}=80\ \mathrm{dm}^3=0.08\ \mathrm{m}^3$，根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，得水的质量$m=\rho V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×0.08\ \mathrm{m}^3=80\ \mathrm{kg}$。
3. 计算水吸收的热量：温度变化$\Delta t=50°\mathrm{C}-25°\mathrm{C}=25°\mathrm{C}$，根据热量公式$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$，得$Q_{\mathrm{吸}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×80\ \mathrm{kg}×25°\mathrm{C}=8.4×10^6\ \mathrm{J}$。
4. 计算热水器消耗的电能：热水器正常工作时功率$P=3000\ \mathrm{W}$，工作时间$t=3000\ \mathrm{s}$，根据电能公式$W=Pt$，得$W=3000\ \mathrm{W}×3000\ \mathrm{s}=9×10^6\ \mathrm{J}$。
5. 计算热水器的效率：根据效率公式$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{W}×100\%$，得$\eta=\frac{8.4×10^6\ \mathrm{J}}{9×10^6\ \mathrm{J}}×100\%\approx93\%$。
【答案】
220；$8.4×10^6$；93%
【知识点】
密度公式应用、热量计算、效率计算
【点评】
本题结合生活中的热水器铭牌，考查密度、热量、电能及效率的基础计算，需要学生熟练掌握相关公式，注意单位统一，属于常规基础题。
【难度系数】
0.7
21 [2025安徽]如图所示的电路中，电源电压保持不变，滑动变阻器$R_1$的最大阻值为$20\ \Omega$，$R_2$、$R_3$均为定值电阻，其中$R_3=10\ \Omega$。当开关$S_1$闭合，开关$S_2$断开，滑动变阻器的滑片$P$移至最左端时，电压表的示数为$10.0\ \mathrm{V}$，电流表的示数为$0.40\ \mathrm{A}$。
（1）求电阻$R_3$两端的电压。
（2）求电阻$R_2$的阻值。
（3）闭合开关$S_1$、$S_2$，将滑动变阻器的滑片$P$移至某一位置，此时整个电路消耗的电功率为$7\ \mathrm{W}$，求滑动变阻器消耗的电功率。
（1）求电阻$R_3$两端的电压。
（2）求电阻$R_2$的阻值。
（3）闭合开关$S_1$、$S_2$，将滑动变阻器的滑片$P$移至某一位置，此时整个电路消耗的电功率为$7\ \mathrm{W}$，求滑动变阻器消耗的电功率。
答案
21. (1) 当开关$S_1$闭合,开关$S_2$断开,三个电阻串联,滑动变阻器的滑片$P$移至最左端时,电压表测量$R_1$、$R_2$的总电压,电流表测量电路中的电流,根据欧姆定律,电阻$R_3$两端的电压$U_3=IR_3=0.40\ \mathrm{A}×10\ \Omega=4\ \mathrm{V}$
(2) 当$S_1$闭合、$S_2$断开时,电路中$R_1$、$R_2$、$R_3$串联,$R_1$两端的电压$U_1=IR_1=0.40\ \mathrm{A}×20\ \Omega=8\ \mathrm{V}$;$R_2$两端的电压$U_2=U-U_1=10.0\ \mathrm{V}-8\ \mathrm{V}=2\ \mathrm{V}$;所以电阻$R_2$的阻值$R_2=\frac{U_2}{I}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$
(3) 当$S_1$闭合、$S_2$断开时,电路中$R_1$、$R_2$、$R_3$串联;所以电源电压$U_总=U+U_3=10\ \mathrm{V}+4\ \mathrm{V}=14\ \mathrm{V}$;当$S_1$、$S_2$均闭合时,电路中$R_1$、$R_3$串联,$I'=\frac{P}{U_总}=\frac{7\ \mathrm{W}}{14\ \mathrm{V}}=0.5\ \mathrm{A}$;$R_3$消耗的电功率$P_3=UI=I'^2R_3=(0.5\ \mathrm{A})^2×10\ \Omega=2.5\ \mathrm{W}$;所以滑动变阻器消耗的电功率$P_1=P-P_3=4.5\ \mathrm{W}$
(2) 当$S_1$闭合、$S_2$断开时,电路中$R_1$、$R_2$、$R_3$串联,$R_1$两端的电压$U_1=IR_1=0.40\ \mathrm{A}×20\ \Omega=8\ \mathrm{V}$;$R_2$两端的电压$U_2=U-U_1=10.0\ \mathrm{V}-8\ \mathrm{V}=2\ \mathrm{V}$;所以电阻$R_2$的阻值$R_2=\frac{U_2}{I}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$
(3) 当$S_1$闭合、$S_2$断开时,电路中$R_1$、$R_2$、$R_3$串联;所以电源电压$U_总=U+U_3=10\ \mathrm{V}+4\ \mathrm{V}=14\ \mathrm{V}$;当$S_1$、$S_2$均闭合时,电路中$R_1$、$R_3$串联,$I'=\frac{P}{U_总}=\frac{7\ \mathrm{W}}{14\ \mathrm{V}}=0.5\ \mathrm{A}$;$R_3$消耗的电功率$P_3=UI=I'^2R_3=(0.5\ \mathrm{A})^2×10\ \Omega=2.5\ \mathrm{W}$;所以滑动变阻器消耗的电功率$P_1=P-P_3=4.5\ \mathrm{W}$
解析
【分析】
首先需明确不同开关状态下的电路连接方式：当$S_1$闭合、$S_2$断开时，$R_1$、$R_2$、$R_3$串联，电压表测$R_1$与$R_2$的总电压，电流表测电路电流；当$S_1$、$S_2$均闭合时，$R_2$被短路，电路为$R_1$与$R_3$串联。解题时结合串联电路特点、欧姆定律及电功率公式，分步骤计算各物理量。
【解析】
（1）当开关$S_1$闭合，$S_2$断开，滑片$P$移至最左端时，$R_1$、$R_2$、$R_3$串联，电路电流$I=0.40\ \mathrm{A}$，$R_3=10\ \Omega$。根据欧姆定律，$R_3$两端的电压：
$U_3 = IR_3 = 0.40\ \mathrm{A} × 10\ \Omega = 4\ \mathrm{V}$。
（2）此时滑动变阻器接入最大阻值$R_1=20\ \Omega$，$R_1$两端的电压：
$U_1 = IR_1 = 0.40\ \mathrm{A} × 20\ \Omega = 8\ \mathrm{V}$。
电压表测$R_1$和$R_2$的总电压$U_{12}=10.0\ \mathrm{V}$，则$R_2$两端的电压：
$U_2 = U_{12} - U_1 = 10.0\ \mathrm{V} - 8\ \mathrm{V} = 2\ \mathrm{V}$。
根据欧姆定律，$R_2$的阻值：
$R_2 = \frac{U_2}{I} = \frac{2\ \mathrm{V}}{0.40\ \mathrm{A}} = 5\ \Omega$。
（3）先求电源总电压：当$S_1$闭合、$S_2$断开时，电源电压$U_{\mathrm{总}} = U_{12} + U_3 = 10.0\ \mathrm{V} + 4\ \mathrm{V} = 14\ \mathrm{V}$。
当$S_1$、$S_2$均闭合时，$R_2$被短路，电路为$R_1$与$R_3$串联，总功率$P_{\mathrm{总}}=7\ \mathrm{W}$，此时电路电流：
$I' = \frac{P_{\mathrm{总}}}{U_{\mathrm{总}}} = \frac{7\ \mathrm{W}}{14\ \mathrm{V}} = 0.5\ \mathrm{A}$。
$R_3$消耗的电功率：
$P_3 = I'^2 R_3 = (0.5\ \mathrm{A})^2 × 10\ \Omega = 2.5\ \mathrm{W}$。
电路总功率等于各部分功率之和，故滑动变阻器消耗的电功率：
$P_1 = P_{\mathrm{总}} - P_3 = 7\ \mathrm{W} - 2.5\ \mathrm{W} = 4.5\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $4\ \mathrm{V}$；(2) $5\ \Omega$；(3) $4.5\ \mathrm{W}$
【知识点】
欧姆定律、串联电路特点、电功率计算
【点评】
本题为串联电路的综合计算题，核心是分析不同开关状态下的电路结构，结合欧姆定律和电功率公式分步求解，需熟练掌握电路分析方法和公式应用，属于基础电路计算题型。
【难度系数】
0.6
首先需明确不同开关状态下的电路连接方式：当$S_1$闭合、$S_2$断开时，$R_1$、$R_2$、$R_3$串联，电压表测$R_1$与$R_2$的总电压，电流表测电路电流；当$S_1$、$S_2$均闭合时，$R_2$被短路，电路为$R_1$与$R_3$串联。解题时结合串联电路特点、欧姆定律及电功率公式，分步骤计算各物理量。
【解析】
（1）当开关$S_1$闭合，$S_2$断开，滑片$P$移至最左端时，$R_1$、$R_2$、$R_3$串联，电路电流$I=0.40\ \mathrm{A}$，$R_3=10\ \Omega$。根据欧姆定律，$R_3$两端的电压：
$U_3 = IR_3 = 0.40\ \mathrm{A} × 10\ \Omega = 4\ \mathrm{V}$。
（2）此时滑动变阻器接入最大阻值$R_1=20\ \Omega$，$R_1$两端的电压：
$U_1 = IR_1 = 0.40\ \mathrm{A} × 20\ \Omega = 8\ \mathrm{V}$。
电压表测$R_1$和$R_2$的总电压$U_{12}=10.0\ \mathrm{V}$，则$R_2$两端的电压：
$U_2 = U_{12} - U_1 = 10.0\ \mathrm{V} - 8\ \mathrm{V} = 2\ \mathrm{V}$。
根据欧姆定律，$R_2$的阻值：
$R_2 = \frac{U_2}{I} = \frac{2\ \mathrm{V}}{0.40\ \mathrm{A}} = 5\ \Omega$。
（3）先求电源总电压：当$S_1$闭合、$S_2$断开时，电源电压$U_{\mathrm{总}} = U_{12} + U_3 = 10.0\ \mathrm{V} + 4\ \mathrm{V} = 14\ \mathrm{V}$。
当$S_1$、$S_2$均闭合时，$R_2$被短路，电路为$R_1$与$R_3$串联，总功率$P_{\mathrm{总}}=7\ \mathrm{W}$，此时电路电流：
$I' = \frac{P_{\mathrm{总}}}{U_{\mathrm{总}}} = \frac{7\ \mathrm{W}}{14\ \mathrm{V}} = 0.5\ \mathrm{A}$。
$R_3$消耗的电功率：
$P_3 = I'^2 R_3 = (0.5\ \mathrm{A})^2 × 10\ \Omega = 2.5\ \mathrm{W}$。
电路总功率等于各部分功率之和，故滑动变阻器消耗的电功率：
$P_1 = P_{\mathrm{总}} - P_3 = 7\ \mathrm{W} - 2.5\ \mathrm{W} = 4.5\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $4\ \mathrm{V}$；(2) $5\ \Omega$；(3) $4.5\ \mathrm{W}$
【知识点】
欧姆定律、串联电路特点、电功率计算
【点评】
本题为串联电路的综合计算题，核心是分析不同开关状态下的电路结构，结合欧姆定律和电功率公式分步求解，需熟练掌握电路分析方法和公式应用，属于基础电路计算题型。
【难度系数】
0.6
22 [2025六安三模]如图所示,电源电压不变,小灯泡L标有“6 V,2.4 W”字样(忽略温度对灯丝电阻的影响),定值电阻$R_1$的阻值为20 Ω,滑动变阻器$R_2$标有“40 Ω,2 A”字样,电压表量程为0～3 V,电流表量程为0～0.6 A。闭合开关$S_1$、$S_2$,断开开关$S_3$,小灯泡L恰好正常发光。
(1) 求电源电压。
(2) 断开开关$S_1$、$S_2$,将$R_2$的滑片移至最右端,闭合开关$S_3$,求经过1 min定值电阻$R_1$产生的热量。
(3) 在电路元件都安全的前提下,要使小灯泡L发光且电路总功率最大,应如何控制开关?滑动变阻器接入电路的电阻为多大?
(1) 求电源电压。
(2) 断开开关$S_1$、$S_2$,将$R_2$的滑片移至最右端,闭合开关$S_3$,求经过1 min定值电阻$R_1$产生的热量。
(3) 在电路元件都安全的前提下,要使小灯泡L发光且电路总功率最大,应如何控制开关?滑动变阻器接入电路的电阻为多大?
答案
22. (1) 由图可知,闭合开关$S_1$、$S_2$,断开开关$S_3$时,电路为小灯泡L的简单电路。此时小灯泡L恰好正常发光,小灯泡L的实际电压等于额定电压,由此可知电源电压$U=U_L=U_额=6\ \mathrm{V}$
(2) 断开开关$S_1$、$S_2$,将$R_2$的滑片移至最右端,闭合开关$S_3$时,定值电阻$R_1$与滑动变阻器$R_2$的最大阻值串联。根据串联电路的电阻规律和欧姆定律可得,电路中的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega+40\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$,经过1 min定值电阻$R_1$产生的热量$Q_1=I^2R_1t=(0.1\ \mathrm{A})^2×20\ \Omega×1×60\ \mathrm{s}=12\ \mathrm{J}$
(3) 在电路元件都安全的前提下,要使小灯泡L发光且电路总功率最大,应使小灯泡正常发光且电路的总电阻最小,故应闭合开关$S_1$、$S_2$和$S_3$,使小灯泡L与滑动变阻器$R_2$并联,当电路中的电流最大时,电路的总功率最大;根据$P=UI$可得,通过L的电流$I_L=\frac{P_L}{U_L}=\frac{2.4\ \mathrm{W}}{6\ \mathrm{V}}=0.4\ \mathrm{A}$,根据电流表的量程可知电路允许通过的最大电流$I_大=0.6\ \mathrm{A}$,根据并联电路的电流规律可知,通过$R_2$的最大电流$I_{2大}=I_大-I_L=0.6\ \mathrm{A}-0.4\ \mathrm{A}=0.2\ \mathrm{A}$,根据欧姆定律可得,滑动变阻器接入电路的电阻$R_2=\frac{U}{I_{2大}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=30\ \Omega$
(2) 断开开关$S_1$、$S_2$,将$R_2$的滑片移至最右端,闭合开关$S_3$时,定值电阻$R_1$与滑动变阻器$R_2$的最大阻值串联。根据串联电路的电阻规律和欧姆定律可得,电路中的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega+40\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$,经过1 min定值电阻$R_1$产生的热量$Q_1=I^2R_1t=(0.1\ \mathrm{A})^2×20\ \Omega×1×60\ \mathrm{s}=12\ \mathrm{J}$
(3) 在电路元件都安全的前提下,要使小灯泡L发光且电路总功率最大,应使小灯泡正常发光且电路的总电阻最小,故应闭合开关$S_1$、$S_2$和$S_3$,使小灯泡L与滑动变阻器$R_2$并联,当电路中的电流最大时,电路的总功率最大;根据$P=UI$可得,通过L的电流$I_L=\frac{P_L}{U_L}=\frac{2.4\ \mathrm{W}}{6\ \mathrm{V}}=0.4\ \mathrm{A}$,根据电流表的量程可知电路允许通过的最大电流$I_大=0.6\ \mathrm{A}$,根据并联电路的电流规律可知,通过$R_2$的最大电流$I_{2大}=I_大-I_L=0.6\ \mathrm{A}-0.4\ \mathrm{A}=0.2\ \mathrm{A}$,根据欧姆定律可得,滑动变阻器接入电路的电阻$R_2=\frac{U}{I_{2大}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=30\ \Omega$
解析
【分析】
本题为电路综合题，需先依据开关状态判断电路连接方式，再结合欧姆定律、电功率公式、焦耳定律及电路安全条件逐步解题：
1. 第(1)问：闭合S₁、S₂，断开S₃时，电路为小灯泡L的简单电路，小灯泡正常发光时实际电压等于额定电压，据此推导电源电压；
2. 第(2)问：断开S₁、S₂，闭合S₃且滑片移至最右端时，R₁与R₂最大阻值串联，先算总电阻，再由欧姆定律求电路电流，最后用焦耳定律计算R₁产生的热量；
3. 第(3)问：要使小灯泡发光且总功率最大，需电源电压不变时电路电流最大，结合电流表量程、滑动变阻器规格等安全条件，确定开关状态为闭合S₁、S₂、S₃，此时L与R₂并联，再通过额定电流、干路最大电流推导R₂接入的电阻。
【解析】
(1) 闭合开关S₁、S₂，断开开关S₃时，电路为小灯泡L的简单电路，小灯泡恰好正常发光，其两端电压等于额定电压，因此电源电压：
$U = U_{额} = 6\ \mathrm{V}$
(2) 断开开关S₁、S₂，将R₂的滑片移至最右端，闭合开关S₃时，定值电阻R₁与滑动变阻器R₂的最大阻值串联，总电阻：
$R_{总} = R_1 + R_{2最大} = 20\ \Omega + 40\ \Omega = 60\ \Omega$
电路中的电流：
$I = \frac{U}{R_{总}} = \frac{6\ \mathrm{V}}{60\ \Omega} = 0.1\ \mathrm{A}$
1 min内定值电阻R₁产生的热量：
$Q_1 = I^2 R_1 t = (0.1\ \mathrm{A})^2 × 20\ \Omega × 60\ \mathrm{s} = 12\ \mathrm{J}$
(3) 要使小灯泡L发光且电路总功率最大，需电路总电流最大（电源电压不变，由$P=UI$知电流越大总功率越大），同时保证电路元件安全：
开关控制：闭合S₁、S₂、S₃，此时R₁被短路，小灯泡L与滑动变阻器R₂并联，小灯泡两端电压等于电源电压6V，正常发光；
小灯泡的额定电流：$I_L = \frac{P_L}{U_L} = \frac{2.4\ \mathrm{W}}{6\ \mathrm{V}} = 0.4\ \mathrm{A}$；
电流表量程为0～0.6A，故干路最大电流$I_{大}=0.6\ \mathrm{A}$，并联电路干路电流等于各支路电流之和，因此通过R₂的最大电流：
$I_{2大} = I_{大} - I_L = 0.6\ \mathrm{A} - 0.4\ \mathrm{A} = 0.2\ \mathrm{A}$；
滑动变阻器接入的电阻：
$R_2 = \frac{U}{I_{2大}} = \frac{6\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}} = 30\ \Omega$
【答案】
(1) 电源电压为6 V；
(2) 经过1 min定值电阻R₁产生的热量为12 J；
(3) 应闭合开关S₁、S₂、S₃，滑动变阻器接入电路的电阻为30 Ω。
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、焦耳定律、串并联电路特点
【点评】
本题考查电路综合分析，需根据开关状态判断电路结构，结合电学公式及元件安全条件解题，关键是理清不同开关下的串并联关系，难度适中，注重对基础公式和电路分析能力的考查。
【难度系数】
0.5
本题为电路综合题，需先依据开关状态判断电路连接方式，再结合欧姆定律、电功率公式、焦耳定律及电路安全条件逐步解题：
1. 第(1)问：闭合S₁、S₂，断开S₃时，电路为小灯泡L的简单电路，小灯泡正常发光时实际电压等于额定电压，据此推导电源电压；
2. 第(2)问：断开S₁、S₂，闭合S₃且滑片移至最右端时，R₁与R₂最大阻值串联，先算总电阻，再由欧姆定律求电路电流，最后用焦耳定律计算R₁产生的热量；
3. 第(3)问：要使小灯泡发光且总功率最大，需电源电压不变时电路电流最大，结合电流表量程、滑动变阻器规格等安全条件，确定开关状态为闭合S₁、S₂、S₃，此时L与R₂并联，再通过额定电流、干路最大电流推导R₂接入的电阻。
【解析】
(1) 闭合开关S₁、S₂，断开开关S₃时，电路为小灯泡L的简单电路，小灯泡恰好正常发光，其两端电压等于额定电压，因此电源电压：
$U = U_{额} = 6\ \mathrm{V}$
(2) 断开开关S₁、S₂，将R₂的滑片移至最右端，闭合开关S₃时，定值电阻R₁与滑动变阻器R₂的最大阻值串联，总电阻：
$R_{总} = R_1 + R_{2最大} = 20\ \Omega + 40\ \Omega = 60\ \Omega$
电路中的电流：
$I = \frac{U}{R_{总}} = \frac{6\ \mathrm{V}}{60\ \Omega} = 0.1\ \mathrm{A}$
1 min内定值电阻R₁产生的热量：
$Q_1 = I^2 R_1 t = (0.1\ \mathrm{A})^2 × 20\ \Omega × 60\ \mathrm{s} = 12\ \mathrm{J}$
(3) 要使小灯泡L发光且电路总功率最大，需电路总电流最大（电源电压不变，由$P=UI$知电流越大总功率越大），同时保证电路元件安全：
开关控制：闭合S₁、S₂、S₃，此时R₁被短路，小灯泡L与滑动变阻器R₂并联，小灯泡两端电压等于电源电压6V，正常发光；
小灯泡的额定电流：$I_L = \frac{P_L}{U_L} = \frac{2.4\ \mathrm{W}}{6\ \mathrm{V}} = 0.4\ \mathrm{A}$；
电流表量程为0～0.6A，故干路最大电流$I_{大}=0.6\ \mathrm{A}$，并联电路干路电流等于各支路电流之和，因此通过R₂的最大电流：
$I_{2大} = I_{大} - I_L = 0.6\ \mathrm{A} - 0.4\ \mathrm{A} = 0.2\ \mathrm{A}$；
滑动变阻器接入的电阻：
$R_2 = \frac{U}{I_{2大}} = \frac{6\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}} = 30\ \Omega$
【答案】
(1) 电源电压为6 V；
(2) 经过1 min定值电阻R₁产生的热量为12 J；
(3) 应闭合开关S₁、S₂、S₃，滑动变阻器接入电路的电阻为30 Ω。
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、焦耳定律、串并联电路特点
【点评】
本题考查电路综合分析，需根据开关状态判断电路结构，结合电学公式及元件安全条件解题，关键是理清不同开关下的串并联关系，难度适中，注重对基础公式和电路分析能力的考查。
【难度系数】
0.5
