Question

5．小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的汽車轉(zhuǎn)向指示燈電路模型，接通相應(yīng)指示燈后，指示燈會(huì)亮、暗（微弱發(fā)光）交替閃爍發(fā)光，電路中電源電壓恒為6V，R₀為定值電阻，指示燈規(guī)格均為“6V  3W”，電磁鐵線圈和銜鐵的電阻忽略不計(jì)，指示燈的電壓與電流的變化規(guī)律如表所示：

電壓/V	…	0.5	1.2	2.0	3.0	4.0	5.0	5.5	…
電流/A	…	0.08	0.12	0.18	0.26	0.34	0.42	0.46	…

（1）若讓左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指示燈同時(shí)工作，轉(zhuǎn)向開關(guān)應(yīng)與觸點(diǎn)3和4接通（選填“1和2”、“2和3”、“3和4”或“4和5”）．
（2）當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通時(shí)，右轉(zhuǎn)指示燈兩端實(shí)際電壓U_燈隨時(shí)間t變化規(guī)律如圖乙所示，已知當(dāng)右轉(zhuǎn)指示燈微弱發(fā)光時(shí)，右轉(zhuǎn)指示燈的功率與定值電阻R₀的功率之比是1：4，求定值電阻R₀的阻值．
（3）右轉(zhuǎn)指示燈交替閃爍工作15s時(shí)，求指示燈和R₀消耗的電能分別是多少？

Answer 1

分析 （1）若讓左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指示燈同時(shí)工作，應(yīng)讓兩燈全部接入電路中；
（2）當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通時(shí)，右轉(zhuǎn)指示燈與R₀串聯(lián)接入電路中，根據(jù)功率之比、串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可以求出R₀兩端的電壓和電流，根據(jù)歐姆定律求出電阻；
（3）根據(jù)圖象分析指示燈和R₀的工作時(shí)間，利用公式W=Pt和W=UIt求出燈泡消耗的電能；根據(jù)W=UIt求出R₀消耗的電能．

解答 解：（1）若讓左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)指示燈同時(shí)工作，應(yīng)讓兩燈并聯(lián)后全部接入電路中，故轉(zhuǎn)向開關(guān)應(yīng)與觸點(diǎn)3和4接通；
（2）當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通時(shí)，右轉(zhuǎn)指示燈與R₀串聯(lián)接入電路中，電流相同，右轉(zhuǎn)指示燈的功率與定值電阻R₀的功率之比是1：4，根據(jù)P=UI可知：右轉(zhuǎn)指示燈的功率與定值電阻R₀的電壓之比為：U_L：U₀=$\frac{{P}_{L}}{I}$：$\frac{{P}_{0}}{I}$=P_L：P₀=1：4，在串聯(lián)電路中電源電壓等于各部分電壓之和，U=U_L+U₀=6V，則：
U_L=1.2V，U₀=4.8V；
由表格可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為1.2V時(shí)，燈泡的電流為0.12A，由歐姆定律可知R₀的阻值為：
R₀=$\frac{{U}_{0}}{I}$=$\frac{4.8V}{0.12A}$=40Ω；
（3）由圖乙可知，右轉(zhuǎn)指示燈交替閃爍工作15s內(nèi)，亮、暗發(fā)光的時(shí)間分別為t₁=5s、t₂=10s；
消耗的電能分別是：
W₁=Pt₁=3W×5s=15J；
W₂=U_LIt₂=1.2V×0.12A×10s=1.44J；
燈消耗的總電能為：W=W₁+W₂=15J+1.44J=16.44J；
燈泡正常發(fā)光時(shí)，R₀不工作，燈泡發(fā)光較暗時(shí)，R₀工作，故15s內(nèi)R₀工作的時(shí)間為t=10s，
則R₀消耗的電能為：W₀=U₀It=4.8V×0.12A×10s=5.76J．
答：（1）3和4；（2）定值電阻R₀的阻值為40Ω；（3）右轉(zhuǎn)指示燈交替閃爍工作15s時(shí)，求指示燈和R₀消耗的電能分別是16.44J和5.76J．

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．