Question

【题目】某校科技小组设计（如图甲所示的汽车转向灯电路模型原理图，接通相应指示灯后，该指示灯会亮（正常发光）、暗（微弱发光）交替闪烁．电路中电源电压12V不变，指示灯的规格为“12V 6W”，R0为定值电阻，左转或右转指示灯单独闪烁时，电压表两端实际电压随时间的变化规律如图乙所示．设指示灯的电阻不变，电磁铁线圈及衔铁的电阻值不计．求：
①指示灯的电阻；
②转向开关S与触点“3”和“4”接触时，指示灯正常发光状态下通过衔铁的电流；
③转向开关S与触点“2”和“3”接触时，指示灯微弱发光状态下的实际电功率；
④转向开关S与触点“4”和“5”接触时，指示灯交替闪烁工作1min消耗的电能．

Answer 1

【答案】解：①由P= 得指示灯的电阻：
RL= = =24Ω；
②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；
由P=UI可知指示灯处于正常发光时通过电流IL= = =0.5A；
则通过衔铁的电流I=2IL=2×0.5A=1A；
③转向开关S与触点“2”和“3”接触时，由图乙可知当指示灯微弱发光时R0两端的电压为U0=9.6V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以指示灯两端的电压：
UL实=U﹣U0=12V﹣9.6V=2.4V，
则指示灯的实际功率：
PL实= = =0.24W；
④转向开关S与触点“4”和“5”接触时，由图乙可知，交替工作的周期为0.3s，一个周期内正常发光时间为0.2s，微弱发光时间为0.1s；
则指示灯交替闪烁工作1min，
正常发光的时间t1= ×0.2s=40s，微弱发光的时间t2=t﹣t1=60s﹣40s=20s，
由P= 可得，正常发光消耗的电能：
W1=PLt1=6W×40s=240J，
微弱发光时消耗的电能：
W2=PL实t2=0.24W×20s=4.8J，
共消耗电能：
W=W1+W2=240J+4.8J=244.8J．
答：①指示灯的电阻为24Ω；②转向开关S与触点“3”和“4”接触时，指示灯正常发光状态下通过衔铁的电流为1A；③转向开关S与触点“2”和“3”接触时，指示灯微弱发光状态下的实际电功率为0.24W；④转向开关S与触点“4”和“5”接触时，指示灯交替闪烁工作1min消耗的电能为244.8J．
【解析】①知道指示灯的额定电压和额定功率，根据P= 求出指示灯的电阻；②由电路图可知，转向开关S与触点“3”和“4”接触时，左转、右转指示灯同时工作，由于指示灯处于正常发光状态，利用P=UI和并联电路的特点即可求出通过衔铁的电流；③转向开关S与触点“2”和“3”接触时，由图乙可知，R0两端的电压，根据串联电路的电压特点求出指示灯两端的电压，根据P= 求出指示灯微弱发光状态下的实际电功率；④转向开关S与触点“4”和“5”接触时，由图乙可知，交替工作的周期和一个周期内工作时间，据此求出右转指示灯闪烁交替工作1min内正常发光的时间，进一步求出微弱发光的时间，根据P= 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．
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．
【考点精析】解答此题的关键在于理解欧姆定律及其应用的相关知识，掌握欧姆定律的应用： ① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大．（R=U/I） ② 当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小．（I=U/R） ③ 当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大．（U=IR），以及对电功的计算的理解，了解电功计算公式：W=UIt（式中单位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）．