Question

14．某�？萍夹〗M設(shè)計(jì)（如圖甲所示的汽車轉(zhuǎn)向燈電路模型原理圖，接通相應(yīng)指示燈后，該指示燈會(huì)亮（正常發(fā)光）、暗（微弱發(fā)光）交替閃爍．電路中電源電壓12V不變，指示燈的規(guī)格為“12V 6W”，R₀為定值電阻，左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)指示燈單獨(dú)閃爍時(shí)，電壓表兩端實(shí)際電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示．設(shè)指示燈的電阻不變，電磁鐵線圈及銜鐵的電阻值不計(jì)．求：
（1）指示燈的電阻；
（2）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“3”和“4”接觸時(shí)，指示燈正常發(fā)光狀態(tài)下通過(guò)銜鐵的電流；
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“2”和“3”接觸時(shí)，指示燈微弱發(fā)光狀態(tài)下的實(shí)際電功率；
（4）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“4”和“5”接觸時(shí)，指示燈交替閃爍工作1min消耗的電能．

Answer 1

分析 （1）知道指示燈的額定電壓和額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出指示燈的電阻；
（2）由電路圖可知，轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“3”和“4”接觸時(shí)，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指示燈同時(shí)工作，由于指示燈處于正常發(fā)光狀態(tài)，利用P=UI和并聯(lián)電路的特點(diǎn)即可求出通過(guò)銜鐵的電流；
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“2”和“3”接觸時(shí)，由圖乙可知，R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出指示燈兩端的電壓，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出指示燈微弱發(fā)光狀態(tài)下的實(shí)際電功率；
（4）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“4”和“5”接觸時(shí)，由圖乙可知，交替工作的周期和一個(gè)周期內(nèi)工作時(shí)間，據(jù)此求出右轉(zhuǎn)指示燈閃爍交替工作1min內(nèi)正常發(fā)光的時(shí)間，進(jìn)一步求出微弱發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出正常發(fā)光消耗的電能和微弱發(fā)光時(shí)消耗的電能，兩者之和即為共消耗電能．

解答 解：（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得指示燈的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{（12V）^{2}}{6W}$=24Ω；
（2）由電路圖可知，轉(zhuǎn)向開關(guān)接3和4時(shí)，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指示燈同時(shí)工作；
由P=UI可知指示燈處于正常發(fā)光時(shí)通過(guò)電流I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{6W}{12V}$=0.5A；
則通過(guò)銜鐵的電流I=2I_L=2×0.5A=1A；
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“2”和“3”接觸時(shí)，由圖乙可知當(dāng)指示燈微弱發(fā)光時(shí)R₀兩端的電壓為U₀=9.6V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以指示燈兩端的電壓：
U_L實(shí)=U-U₀=12V-9.6V=2.4V，
則指示燈的實(shí)際功率：
P_L實(shí)=$\frac{{U}_{L實(shí)}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{（{2.4V）}^{2}}{24Ω}$=0.24W；
（4）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“4”和“5”接觸時(shí)，由圖乙可知，交替工作的周期為0.3s，一個(gè)周期內(nèi)正常發(fā)光時(shí)間為0.2s，微弱發(fā)光時(shí)間為0.1s；
則指示燈交替閃爍工作1min，
正常發(fā)光的時(shí)間t₁=$\frac{60s}{0.3s}$×0.2s=40s，微弱發(fā)光的時(shí)間t₂=t-t₁=60s-40s=20s，
由P=$\frac{W}{t}$可得，正常發(fā)光消耗的電能：
W₁=P_Lt₁=6W×40s=240J，
微弱發(fā)光時(shí)消耗的電能：
W₂=P_L實(shí)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(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“3”和“4”接觸時(shí)，指示燈正常發(fā)光狀態(tài)下通過(guò)銜鐵的電流為1A；
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“2”和“3”接觸時(shí)，指示燈微弱發(fā)光狀態(tài)下的實(shí)際電功率為0.24W；
（4）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點(diǎn)“4”和“5”接觸時(shí)，指示燈交替閃爍工作1min消耗的電能為244.8J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路連接的判斷和電功率公式、串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律、電功公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是從圖象中得出指示燈正常工作的時(shí)間和微弱發(fā)光時(shí)的時(shí)間．