Question

17．某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖1所示的多功能水位報(bào)警電路，當(dāng)水面上升到警戒水位時(shí)，a、b兩點(diǎn)接通．控制開(kāi)關(guān)連接2、3兩觸點(diǎn)時(shí)電鈴發(fā)出忽強(qiáng)忽弱的報(bào)警聲，控制開(kāi)關(guān)連接3、4兩觸點(diǎn)電鈴報(bào)警同時(shí)電燈會(huì)亮、暗交替閃爍發(fā)光，控制開(kāi)關(guān)連接4、5兩觸點(diǎn)時(shí)僅有燈泡閃爍發(fā)光．電路中電源電壓恒為6V，燈泡規(guī)格為“6V3W”，R₀為定值電阻，電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計(jì)．
（1）請(qǐng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求在虛線框中將電路連接完整．
（2）控制開(kāi)關(guān)連接4、5兩觸點(diǎn)燈泡亮暗交替發(fā)光時(shí)，燈泡變亮的原因是什么？
（3）當(dāng)控制開(kāi)關(guān)與觸點(diǎn)“4和5”接通時(shí)，燈泡兩端實(shí)際電壓變化規(guī)律如圖2所示．已知當(dāng)燈泡微弱發(fā)光時(shí)，其兩端實(shí)際電壓為U_實(shí)，消耗的實(shí)際功率為額定功率的$\frac{1}{25}$．
求：①燈泡閃爍交替工作60s消耗的電能？
②定值電阻R₀的阻值．（燈泡的電阻不變）

Answer 1

分析 （1）據(jù)電路分析即可，及需要讓兩個(gè)指示燈都接入電路即可；
（2）控制開(kāi)關(guān)連接4、5兩觸點(diǎn)時(shí)，觸點(diǎn)AB接觸，R₀被短路，燈泡兩端電壓變大；
（3）①計(jì)算出指示燈兩種功率下的工作時(shí)間，而后據(jù)公式W=Pt計(jì)算電能即可；
②據(jù)燈泡的規(guī)格可以計(jì)算出燈泡的電阻，據(jù)燈泡的電阻和燈泡的實(shí)際功率可以計(jì)算出燈泡的實(shí)際電流，而后再據(jù)串聯(lián)電路電壓和電流的規(guī)律分析即可得出答案．

解答 解：（1）據(jù)圖可知，控制開(kāi)關(guān)連接2、3兩觸點(diǎn)時(shí)電鈴發(fā)出忽強(qiáng)忽弱的報(bào)警聲，控制開(kāi)關(guān)連接3、4兩觸點(diǎn)電鈴報(bào)警同時(shí)電燈會(huì)亮、暗交替閃爍發(fā)光，控制開(kāi)關(guān)連接4、5兩觸點(diǎn)時(shí)僅有燈泡閃爍發(fā)光，則燈泡與電鈴并聯(lián)，如圖所示．

（2）控制開(kāi)關(guān)連接4、5兩觸點(diǎn)燈泡亮暗交替發(fā)光時(shí)，燈泡變亮的原因是觸點(diǎn)AB接觸，R₀被短路，燈泡兩端電壓變大；
（3）①此時(shí)燈泡發(fā)出微弱的光時(shí)的功率是：P′=$\frac{1}{25}$P=$\frac{1}{25}$×3W=0.12W；
故據(jù)圖乙可知，每1.5s的時(shí)間，指示燈3W工作時(shí)間是0.5s，0.12W工作時(shí)間還是1s，故指示燈工作60s，以3W功率工作的時(shí)間是t₁=$\frac{60}{1.5}$×0.5=20s，所以以0.12W工作的時(shí)間是t₂=60s-20s=40s；
由P=$\frac{W}{t}$可得，
以3W功率消耗的電能是W₁=Pt₁=3W×20s=60J；
則以0.12W功率消耗的電能是W₂=P′t₂=0.12W×40s=4.8J；
60s共消耗的電能是：W=60J+4.8J=64.8J，
②據(jù)指示燈規(guī)格為“6V 3W”且燈泡的電阻不變，可知，燈泡的電阻是R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{（6V）}^{2}}{3W}$=12Ω；
當(dāng)指示燈為0.12W時(shí)，據(jù)P=I²R可知，I=0.1A；
故此時(shí)燈泡的電壓是：U=IR=0.1A×12Ω=1.2V，所以定值電阻的電壓是：U′=6V-1.2V=4.8V；
故定值電阻的阻值是：R₀=$\frac{U′}{I}$=$\frac{4.8V}{0.1A}$=48Ω；
答：（1）見(jiàn)上圖；
（2）觸點(diǎn)AB接觸，R₀被短路，燈泡兩端電壓變大；
（3）①燈泡閃爍交替工作60s消耗的電能為64.8J；
②定值電阻R₀的阻值48Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電阻、電功、電功率的計(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．