Question

4．如圖甲所示，這是物理興趣小組設(shè)計(jì)的汽車轉(zhuǎn)向指示燈電路模型，電路中電源電壓恒為6V，指示燈的規(guī)格均為“6V 3W”，R₀為定值電阻，電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計(jì)．當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”剛接通時(shí)，電磁鐵中有電流通過(guò)，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較暗，接著，銜鐵被吸下，觸點(diǎn)A與B接通，電磁鐵和電阻R₀被短路，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較亮，此時(shí)，由于電磁鐵中沒(méi)有電流通過(guò)，銜鐵被彈簧拉上去，觸點(diǎn)A與B分離，電磁鐵中又有電流通過(guò)，隨后電磁鐵又將銜鐵吸下，如此循環(huán)，右轉(zhuǎn)指示燈會(huì)較暗、較亮交替閃爍．
當(dāng)開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通時(shí)，右轉(zhuǎn)向指示燈兩端實(shí)際電壓變化規(guī)律如乙圖所示．已知右轉(zhuǎn)向燈發(fā)光較暗時(shí)，其兩端實(shí)際電壓為Ux，其消耗的實(shí)際功率為額定功率的4%，不考慮指示燈電阻隨溫度的變化

（1）右轉(zhuǎn)向燈發(fā)光較亮?xí)r，觸點(diǎn)A和觸點(diǎn)B的狀態(tài)是接通（填“接通”或“斷開”）
（2）右轉(zhuǎn)向燈發(fā)光較暗時(shí)，消耗的實(shí)際功率是0.12W，指示燈兩端的實(shí)際電壓Ux=1.2V．
（3）右轉(zhuǎn)向燈交替工作6s，其消耗的電能是6.48J
（4）定值電阻R₀的大小是48Ω
（5）開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通時(shí)，若電阻R₀斷路了，此時(shí)右轉(zhuǎn)向指示燈的狀態(tài)是熄滅（填“持續(xù)發(fā)光”、“交替發(fā)光”或“熄滅”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干中的信息解答；
（2）知道指示燈的額定電壓和額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出指示燈的電阻，根據(jù)題意求出當(dāng)右轉(zhuǎn)指示燈微弱發(fā)光時(shí)指示燈的實(shí)際功率和電壓；
（3）由圖乙可知，交替工作的周期和一個(gè)周期內(nèi)加熱時(shí)間，據(jù)此求出右轉(zhuǎn)指示燈閃爍交替工作6s內(nèi)正常發(fā)光的時(shí)間，進(jìn)一步求出微弱發(fā)光的時(shí)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(shí)消耗的電能，兩者之和即為共消耗電能；
（4）再根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈泡兩端的實(shí)際電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律得出等式即可求出R₀的阻值．
（5）根據(jù)電路的連接情況分析右轉(zhuǎn)向指示燈的狀態(tài)．

解答 解：（1）當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”剛接通時(shí)，電磁鐵中有電流通過(guò)，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較暗，接著，銜鐵被吸下，觸點(diǎn)A與B接通，電磁鐵和電阻R₀被短路，右轉(zhuǎn)指示燈發(fā)光較亮；
（2）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，指示燈的電阻：
R_L=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω，
當(dāng)右轉(zhuǎn)指示燈微弱發(fā)光時(shí)，指示燈的實(shí)際功率：
P_L實(shí)=4%P_L=0.04×3W=0.12W，
指示燈的電壓為：U_x=$\sqrt{PR}$=$\sqrt{0.12W×12Ω}$=1.2V；
（3）由圖乙可知，交替工作的周期為1.5s，一個(gè)周期內(nèi)正常發(fā)光的時(shí)間為0.5s，
則右轉(zhuǎn)指示燈閃爍交替工作6s內(nèi)，
正常發(fā)光的時(shí)間t₁=$\frac{6s}{1.5s}$×0.5s=2s，微弱發(fā)光的時(shí)間t₂=t-t₁=6s-2s=4s，
由P=$\frac{W}{t}$可得，正常發(fā)光消耗的電能：
W₁=P_Lt₁=3W×2s=6J，
微弱發(fā)光時(shí)消耗的電能：
W₂=P_實(shí)t₂=0.12W×4s=0.48J，
共消耗電能：
W=W₁+W₂=6J+0.48J=6.48J；
（4）燈泡兩端的實(shí)際電壓為1.2V：
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R₀兩端的電壓：
U₀=U-U_x=6V-1.2V=4.8V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{x}}{R{\\;}_{L}}$
即$\frac{4.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{1.2V}{12Ω}$，
解得：R₀=48Ω．
（5）開關(guān)與觸點(diǎn)“2和3”接通時(shí)，若電阻Ro斷路了，此時(shí)電磁鐵中無(wú)電流，無(wú)磁性，不再吸引銜鐵，上下兩條路都斷路，右轉(zhuǎn)向指示燈的不發(fā)光．
故答案為：（1）接通；（2）0.12；1.2；（3）6.48；（4）48；（5）熄滅．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電阻、電流、電功的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的應(yīng)用和串聯(lián)電路電壓和電流特點(diǎn)的理解，該題難度較大．