Question

1．某兴趣小组设计了如图甲所示的汽车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光，电路中电源电压恒为6伏，指示灯规格为“6V 3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及铁的阻值忽略不计．
（1）若让左转、右转指示灯同时工作，转向开关应与触点3和4接通．（选填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5”）
（2）当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压变化规律如图乙所示．已知当右转指示灯微弱发光时，其两端实际电压为U，消耗的实际功率为额定功率的$\frac{1}{25}$．
求：①当右转指示灯微弱发光时，它两端的实际电压U_x；
②定值电阻R₀的阻值（指示灯的电阻不变）；
③右转指示灯闪烁交替工作30s消耗的电能．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，左转、右转指示灯同时工作时开关的位置；
（2）①知道指示灯的额定电压和额定功率，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出指示灯的电阻，根据题意求出当右转指示灯微弱发光时指示灯的实际功率，再根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出灯泡两端的实际电压；
②根据串联电路的电压特点求出R₀两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出R₀的阻值；
③由图乙可知，交替工作的周期和一个周期内加热时间，据此求出右转指示灯闪烁交替工作30s内正常发光的时间，进一步求出微弱发光的时间，根据P=$\frac{W}{t}$求出正常发光消耗的电能和微弱发光时消耗的电能，两者之和即为共消耗电能．

解答 解：（1）由电路图可知，转向开关接3和4时，左转、右转指示灯同时工作；
（2）①由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，指示灯的电阻：
R_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω，
当右转指示灯微弱发光时，指示灯的实际功率：
P_L实=$\frac{1}{25}$P_L=$\frac{1}{25}$×3W=0.12W，
则灯泡两端的实际电压：
U_x=$\sqrt{{P}_{L实}{R}_{L}}$=$\sqrt{0.12W×12Ω}$=1.2V；
②因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R₀两端的电压：
U₀=U-U_x=6V-1.2V=4.8V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{x}}{{R}_{L}}$，即$\frac{4.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{1.2V}{12Ω}$，
解得：R₀=48Ω；
③由图乙可知，交替工作的周期为1.5s，一个周期内加热时间为0.5s，
则右转指示灯闪烁交替工作30s内，
正常发光的时间t₁=$\frac{30s}{1.5s}$×0.5s=10s，微弱发光的时间t₂=t-t₁=30s-10s=20s，
由P=$\frac{W}{t}$可得，正常发光消耗的电能：
W₁=P_Lt₁=3W×10s=30J，
微弱发光时消耗的电能：
W₂=P_L实t₂=0.12W×20s=2.4J，
共消耗电能：
W=W₁+W₂=30J+2.4J=32.4J．
答：（1）3和4；
（2）①当右转指示灯微弱发光时，它两端的实际电压为1.2V；
②定值电阻R₀的阻值为48Ω；
③右转指示灯闪烁交替工作30s消耗的电能为32.4J．

点评 本题考查了电路连接的判断和电功率公式、串联电路的特点、欧姆定律、电功公式的应用，关键是从图象中得出指示灯正常工作的时间和微弱发光时的时间．