Question

2．如圖甲所示是某校科技小組設(shè)計的汽車轉(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)格均為“12V  3W”，R₀為定值電阻，左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)指示燈單獨閃爍時，電壓表兩端實際電壓隨時間的變化規(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．求：

（1）指示燈的電阻；
（2）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點“2”和“3”接通時，指示燈微弱發(fā)光狀態(tài)下的實際電功率為多少？
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點“4”和“5”接通時，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=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出指示燈的電阻；
（2）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點“2”和“3”接觸時，由圖乙可知，R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點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)下的實際電功率；
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點“4”和“5”接觸時，由圖乙可知，交替工作的周期和一個周期內(nèi)工作時間，據(jù)此求出右轉(zhuǎn)指示燈閃爍交替工作1min內(nèi)正常發(fā)光的時間，進一步求出微弱發(fā)光的時間，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出正常發(fā)光消耗的電能和微弱發(fā)光時消耗的電能，兩者之和即為共消耗電能．

解答 解：（1）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，指示燈的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}^{2}}{{P}_{L}}$=$\frac{{（12V）}^{2}}{3W}$=48Ω；
（2）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點“2”和“3”接觸時，由圖乙可知當指示燈微弱發(fā)光時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=U-U₀=12V-9.6V=2.4V，
則指示燈的實際功率：
P_L實=$\frac{{U}_{L實}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{{（2.4V）}^{2}}{48Ω}$=0.12W；
（3）轉(zhuǎn)向開關(guān)S與觸點“4”和“5”接觸時，由圖乙可知，交替工作的周期為0.3s，一個周期內(nèi)正常發(fā)光時間為0.2s，微弱發(fā)光時間為0.1s；
則指示燈交替閃爍工作1min，正常發(fā)光的時間t₁=$\frac{60s}{0.3s}$×0.2s=40s，微弱發(fā)光的時間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=3W×40s=120J，
微弱發(fā)光時消耗的電能：
W₂=P_L實t₂=0.12W×20s=2.4J，
共消耗電能：
W=W₁+W₂=120J+2.4J=122.4J．
答：（1）指示燈的電阻為48Ω；
（2）指示燈微弱發(fā)光狀態(tài)下的實際電功率為0.12W；
（3）指示燈交替閃爍工作1min消耗的電能為122.4J．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和電功率公式、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間和微弱發(fā)光時的時間及其電壓．