Question

5．如圖甲所示，這是物理興趣小組設(shè)計(jì)的汽車(chē)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(jì)，不考慮指示燈電阻隨溫度的變化，當(dāng)轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”剛接通時(shí)，電磁鐵中有電流通過(guò)，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較暗，接著，銜鐵被吸下，觸點(diǎn)A與B接通，電磁鐵和電阻R₀被短路，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較亮，此時(shí)，由于電磁鐵中沒(méi)有電流通過(guò)，銜鐵被彈簧拉上去，觸點(diǎn)A與B分離，電磁鐵中又有電流通過(guò)，隨后電磁鐵又將銜鐵吸下，如此循環(huán)，右轉(zhuǎn)指示燈會(huì)較暗、較亮交替閃爍，上述過(guò)程中，右轉(zhuǎn)指示燈兩端實(shí)際電壓變化規(guī)律如圖乙所示，在轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通情況下，求：

（1）觸點(diǎn)A、B分離時(shí)，通過(guò)右轉(zhuǎn)指示燈的電流；
（2）定值電阻R₀的阻值；
（3）右轉(zhuǎn)指示燈交替工作1min整個(gè)電路消耗的電能．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意和電路圖可知，當(dāng)A、B分離時(shí)，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(guò)指示燈的電流；
（2）根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出指示燈的阻值；當(dāng)A、B接觸時(shí)，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；
（3）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(jìn)一步求出1min內(nèi)整個(gè)電路消耗的電能．

解答 解：（1）指示燈的規(guī)格均為“6V 3W”，
則指示燈的阻值：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(jì)，
由圖可知，當(dāng)A、B分離時(shí)，右轉(zhuǎn)指示燈和R₀串聯(lián)，此時(shí)燈泡分得的電壓較小，燈泡較暗；
根據(jù)圖象可知，當(dāng)A、B分離時(shí)，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；
（2）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；
（3）當(dāng)觸點(diǎn)A與B接通時(shí)，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(shí)指示燈兩端電壓為6V，此時(shí)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(gè)電路消耗的電能：W=（W₁+W₂）×$\frac{60s}{1.5s}$=（0.6J+1.5J）×40=84J．
答：（1）觸點(diǎn)A、B分離時(shí)，通過(guò)右轉(zhuǎn)指示燈的電流為0.1A；
（2）定值電阻R₀的阻值為48Ω；
（3）右轉(zhuǎn)指示燈交替工作1min整個(gè)電路消耗的電能為84J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電阻、電流、電功的計(jì)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(diǎn)的理解，該題難度較大．