Question

5．图甲为汽车转向指示灯电路模型，电源电压恒为6伏，指示灯的规格均为“6V 3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略，不考虑指示灯电阻随温度的变化．当转向开关与触点“2和3”刚接通时，电磁铁中有电流通过，右转指示灯发光较暗，接着，衔铁被吸下，触点A与B接通，电磁铁和电阻R₀被短路，右转指示灯发光较亮，此时，由于电磁铁中没有电流通过，衔铁被弹簧拉上去，触点A与B分离，电磁铁中又有电流通过，随后电磁铁又将衔铁吸下，如此循环，右转指示灯会较暗、较亮交替闪烁，上述过程中，右转指示灯两端电压变化规律如图乙所示．

（1）当车辆打开“双闪”，即左、右转指示灯同时闪烁时，转向开关应与触点3和4接通．
（2）触点A、B分离时，通过右转指示灯的电流；
（3）右转指示灯交替工作1分钟整个电路消耗的电能．

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）知道指示灯的额定电压和额定功率，根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出指示灯的电阻；触点A、B分离时，灯泡发光较暗，两端的电压较小，由图乙可知指示灯两端的电压，根据欧姆定律求出通过右转指示灯的电流；
（3）触点A、B分离时，根据P=UI求出电路的总功率，触点A、B接通时灯泡两端的电压和额定电压相等，电路的总功率即为灯泡的额定功率，根据图乙可知1min内两者的工作时间，根据W=Pt求出两者消耗的电能，两者之和即为整个电路消耗的电能．

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，此时左、右转指示灯会同时闪烁；
（2）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，指示灯的电阻：
R_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω，
触点A、B分离时，右转指示灯和R₀串联，灯泡发光较暗，灯泡两端的电压较小，
由图乙可知，指示灯两端的电压U_L′=1.2V，则通过右转指示灯的电流：
I_L′=$\frac{{U}_{L}′}{{R}_{L}}$=$\frac{1.2V}{12Ω}$=0.1A；
（3）因串联电路中各处的电流相等，
所以，触点A、B分离时，电路的总功率P₁=UI_L′=6V×0.1A=0.6W；
触点A、B接通时，电磁铁和电阻R₀被短路，灯泡两端的电压和额定电压相等，则电路的总功率P₂=3W；
由图乙可知，一个工作周期的时间为1.5s，以较小功率P₁工作的时间为1s，以较大功率P₂工作的时间为0.5s；
1min内工作周期的个数：n=$\frac{60s}{1.5s}$=40个，
以较小功率P₁的工作时间t₁=40×1s=40s，以较大功率P₂的工作时间t₂=40×0.5s=20s，
右转指示灯交替工作1分钟整个电路消耗的电能：
W_总=P₁t₁+P₂t₂=0.6W×40s+3W×20s=84J．
答：（1）3和4；
（2）触点A、B分离时，通过右转指示灯的电流为0.1A；
（3）右转指示灯交替工作1分钟整个电路消耗的电能为84J．

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．