Question

【題目】某校科技小組設計（如圖甲所示的汽車轉向燈電路模型原理圖，接通相應指示燈后，該指示燈會亮（正常發光）、暗（微弱發光）交替閃爍．電路中電源電壓12V不變，指示燈的規格為“12V 6W”，R0為定值電阻，左轉或右轉指示燈單獨閃爍時，電壓表兩端實際電壓隨時間的變化規律如圖乙所示．設指示燈的電阻不變，電磁鐵線圈及銜鐵的電阻值不計．求：
①指示燈的電阻；
②轉向開關S與觸點“3”和“4”接觸時，指示燈正常發光狀態下通過銜鐵的電流；
③轉向開關S與觸點“2”和“3”接觸時，指示燈微弱發光狀態下的實際電功率；
④轉向開關S與觸點“4”和“5”接觸時，指示燈交替閃爍工作1min消耗的電能．

Answer 1

【答案】解：①由P= 得指示燈的電阻：
RL= = =24Ω；
②由電路圖可知，轉向開關接3和4時，左轉、右轉指示燈同時工作；
由P=UI可知指示燈處于正常發光時通過電流IL= = =0.5A；
則通過銜鐵的電流I=2IL=2×0.5A=1A；
③轉向開關S與觸點“2”和“3”接觸時，由圖乙可知當指示燈微弱發光時R0兩端的電壓為U0=9.6V，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，所以指示燈兩端的電壓：
UL實=U﹣U0=12V﹣9.6V=2.4V，
則指示燈的實際功率：
PL實= = =0.24W；
④轉向開關S與觸點“4”和“5”接觸時，由圖乙可知，交替工作的周期為0.3s，一個周期內正常發光時間為0.2s，微弱發光時間為0.1s；
則指示燈交替閃爍工作1min，
正常發光的時間t1= ×0.2s=40s，微弱發光的時間t2=t﹣t1=60s﹣40s=20s，
由P= 可得，正常發光消耗的電能：
W1=PLt1=6W×40s=240J，
微弱發光時消耗的電能：
W2=PL實t2=0.24W×20s=4.8J，
共消耗電能：
W=W1+W2=240J+4.8J=244.8J．
答：①指示燈的電阻為24Ω；②轉向開關S與觸點“3”和“4”接觸時，指示燈正常發光狀態下通過銜鐵的電流為1A；③轉向開關S與觸點“2”和“3”接觸時，指示燈微弱發光狀態下的實際電功率為0.24W；④轉向開關S與觸點“4”和“5”接觸時，指示燈交替閃爍工作1min消耗的電能為244.8J．
【解析】①知道指示燈的額定電壓和額定功率，根據P= 求出指示燈的電阻；②由電路圖可知，轉向開關S與觸點“3”和“4”接觸時，左轉、右轉指示燈同時工作，由于指示燈處于正常發光狀態，利用P=UI和并聯電路的特點即可求出通過銜鐵的電流；③轉向開關S與觸點“2”和“3”接觸時，由圖乙可知，R0兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點求出指示燈兩端的電壓，根據P= 求出指示燈微弱發光狀態下的實際電功率；④轉向開關S與觸點“4”和“5”接觸時，由圖乙可知，交替工作的周期和一個周期內工作時間，據此求出右轉指示燈閃爍交替工作1min內正常發光的時間，進一步求出微弱發光的時間，根據P= 求出正常發光消耗的電能和微弱發光時消耗的電能，兩者之和即為共消耗電能．
本題考查了電路連接的判斷和電功率公式、串聯電路的特點、歐姆定律、電功公式的應用，關鍵是從圖象中得出指示燈正常工作的時間和微弱發光時的時間．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解歐姆定律及其應用的相關知識，掌握歐姆定律的應用： ① 同一個電阻，阻值不變，與電流和電壓無關 但加在這個電阻兩端的電壓增大時，通過的電流也增大．（R=U/I） ② 當電壓不變時，電阻越大，則通過的電流就越小．（I=U/R） ③ 當電流一定時，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR），以及對電功的計算的理解，了解電功計算公式：W=UIt（式中單位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）．