Question

17．某兴趣小组设计了如图1所示的多功能水位报警电路，当水面上升到警戒水位时，a、b两点接通．控制开关连接2、3两触点时电铃发出忽强忽弱的报警声，控制开关连接3、4两触点电铃报警同时电灯会亮、暗交替闪烁发光，控制开关连接4、5两触点时仅有灯泡闪烁发光．电路中电源电压恒为6V，灯泡规格为“6V3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计．
（1）请根据设计要求在虚线框中将电路连接完整．
（2）控制开关连接4、5两触点灯泡亮暗交替发光时，灯泡变亮的原因是什么？
（3）当控制开关与触点“4和5”接通时，灯泡两端实际电压变化规律如图2所示．已知当灯泡微弱发光时，其两端实际电压为U_实，消耗的实际功率为额定功率的$\frac{1}{25}$．
求：①灯泡闪烁交替工作60s消耗的电能？
②定值电阻R₀的阻值．（灯泡的电阻不变）

Answer 1

分析 （1）据电路分析即可，及需要让两个指示灯都接入电路即可；
（2）控制开关连接4、5两触点时，触点AB接触，R₀被短路，灯泡两端电压变大；
（3）①计算出指示灯两种功率下的工作时间，而后据公式W=Pt计算电能即可；
②据灯泡的规格可以计算出灯泡的电阻，据灯泡的电阻和灯泡的实际功率可以计算出灯泡的实际电流，而后再据串联电路电压和电流的规律分析即可得出答案．

解答 解：（1）据图可知，控制开关连接2、3两触点时电铃发出忽强忽弱的报警声，控制开关连接3、4两触点电铃报警同时电灯会亮、暗交替闪烁发光，控制开关连接4、5两触点时仅有灯泡闪烁发光，则灯泡与电铃并联，如图所示．

（2）控制开关连接4、5两触点灯泡亮暗交替发光时，灯泡变亮的原因是触点AB接触，R₀被短路，灯泡两端电压变大；
（3）①此时灯泡发出微弱的光时的功率是：P′=$\frac{1}{25}$P=$\frac{1}{25}$×3W=0.12W；
故据图乙可知，每1.5s的时间，指示灯3W工作时间是0.5s，0.12W工作时间还是1s，故指示灯工作60s，以3W功率工作的时间是t₁=$\frac{60}{1.5}$×0.5=20s，所以以0.12W工作的时间是t₂=60s-20s=40s；
由P=$\frac{W}{t}$可得，
以3W功率消耗的电能是W₁=Pt₁=3W×20s=60J；
则以0.12W功率消耗的电能是W₂=P′t₂=0.12W×40s=4.8J；
60s共消耗的电能是：W=60J+4.8J=64.8J，
②据指示灯规格为“6V 3W”且灯泡的电阻不变，可知，灯泡的电阻是R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{（6V）}^{2}}{3W}$=12Ω；
当指示灯为0.12W时，据P=I²R可知，I=0.1A；
故此时灯泡的电压是：U=IR=0.1A×12Ω=1.2V，所以定值电阻的电压是：U′=6V-1.2V=4.8V；
故定值电阻的阻值是：R₀=$\frac{U′}{I}$=$\frac{4.8V}{0.1A}$=48Ω；
答：（1）见上图；
（2）触点AB接触，R₀被短路，灯泡两端电压变大；
（3）①灯泡闪烁交替工作60s消耗的电能为64.8J；
②定值电阻R₀的阻值48Ω．

点评 本题考查电阻、电功、电功率的计算，关键是公式及其变形的应用和串联电路电压和电流特点的理解，该题难度较大．