Question

13．如圖甲所示，這是科學(xué)興趣小組設(shè)計的汽車轉(zhuǎn)向指示燈電路模型，電路中電源電壓恒為6V，指示燈的規(guī)格均為“6V 3W”，R₀為定值電阻，電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計，不考慮指示燈電阻隨溫度的變化，在轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點“2和3”接通情況下，右轉(zhuǎn)指示燈兩端實際電壓變化規(guī)律如圖乙所示，求：

（1）當電磁鐵有電流通過時，電磁鐵上端為N極．（填“N”或“S”）
（2）觸點A、B分離時，通過右轉(zhuǎn)指示燈的電流．
（3）定值電阻R₀的阻值．
（4）右轉(zhuǎn)指示燈工作30秒，電路消耗多少電能．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)通過通電螺線管的電流方向和安培定則判斷電磁鐵的極性；
（2）根據(jù)燈上“6V 3W”字樣的含義，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求燈正常發(fā)光時的電阻；
根據(jù)題意和電路圖可知，當A、B分離時，電路為右轉(zhuǎn)指示燈的基本電路，根據(jù)P=UI的變形公式即可求出通過指示燈的電流；
（3）根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出指示燈的阻值；當A、B接觸時，根據(jù)圖象可知，指示燈兩端電壓為1.2V，根據(jù)歐姆電路求出電路的電流，然后根據(jù)歐姆定律的應(yīng)用求出定值電阻R₀的阻值；
（4）根據(jù)W=UIt分別求出1s內(nèi)和1s～1.5s內(nèi)電路消耗的電能，進一步求出30秒內(nèi)整個電路消耗的電能．

解答 解：（1）根據(jù)通過通電螺線管的電流方向和安培定則，上端為電磁鐵上端N極；
（2）指示燈的規(guī)格均為“6V 3W”，由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得指示燈的阻值：
R_L=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω；
電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計，
由圖可知，當A、B分離時，右轉(zhuǎn)指示燈和R₀串聯(lián)，此時燈泡分得的電壓較小，燈泡較暗；
根據(jù)圖象可知，當A、B分離時，指示燈兩端電壓為1.2V，
串聯(lián)電路電流處處相等，則電路中的電流：
I=I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{1.2V}{12Ω}$=0.1A；
（3）由于右轉(zhuǎn)指示燈和R₀串聯(lián)，則R₀兩端的電壓：
U₀=U-U_L=6V-1.2V=4.8V；
根據(jù)歐姆定律可得，定值電阻R₀的阻值：
R₀=$\frac{{U}_{0}}{I}$=$\frac{4.8V}{0.1A}$=48Ω；
（4）當觸點A與B接通時，電磁鐵和電阻R₀被短路，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較亮，
根據(jù)圖象可知，此時指示燈兩端電壓為6V，此時電路中的電流：
I′=$\frac{{U′}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{6V}{12Ω}$=0.5A；
0～1s內(nèi)電路消耗的電能：
W₁=UIt=6V×0.1A×1s=0.6J；
1s～1.5s電路消耗的電能：
W₂=UI′t=6V×0.5A×0.5s=1.5J；
右轉(zhuǎn)指示燈交替工作1min整個電路消耗的電能：
W=（W₁+W₂）×$\frac{30s}{1.5}$=（0.6J+1.5J）×20=42J．
答：（1）當電磁鐵有電流通過時，電磁鐵上端為N極
（2）觸點A、B分離時，通過右轉(zhuǎn)指示燈的電流為0.1A；
（3）定值電阻R₀的阻值為48Ω；
（4）右轉(zhuǎn)指示燈交替工作1min整個電路消耗的電能為42J．

點評 本題考查通電螺絲線管極性的判斷、電阻、電流、電功的計算，關(guān)鍵是公式及其變形的應(yīng)用和串聯(lián)電路電壓和電流特點的理解，該題難度較大．