Question

如图甲．是小敏设计的一个红、绿两灯能交替发光的未完成电路，电源的电压是可以变化的，两灯规格相同，额定电压是2.5伏，灯的电阻R₁和保护电阻R₂的电流和两端电压的关系如图乙所示．电路连接完成后，两灯交替工作时的任一电路如图丙所示．电磁铁电阻不计．为方便计算，不计衔铁在触点间来回时间．求：
（1）灯在额定电压时的电阻值．
（2）灯的额定功率．
（3）请完成电路的连接．
（4）闭合开关S，灯正常工作5分钟，电路消耗的总电能．

Answer 1

【答案】分析：（1）～（2）由图乙得出灯两端电压为2.5V（额定电压）时的电流值，利用欧姆定律求此时的电阻；利用P=UI求灯的额定功率；
（3）设计时，两灯并联，将红灯和电磁铁串联组成一条支路，绿灯一条支路；当红灯亮时，电磁铁有磁性，将衔铁吸引下来，绿灯亮、红灯灭；此时电磁铁无磁性，衔铁被抬起，和上触电接触，红灯亮、绿灯灭，电磁铁有磁性；这样红、绿两灯能交替发光；
（4）由图知，当灯正常发光（在额定电压下）时，通过的电流为0.28A，此时加在电阻两端的电压为7V，求出总电压，知道电路中的电流和通电时间，利用W=UIt求电路消耗的总电能．
解答：解：
（1）由图知，当U_L=2.5V时，I_L=0.28A，则此时灯丝电阻：
R_L==≈8.9Ω；
（2）灯的额定功率：
P_额=U_LI_L=2.5V×0.28A=0.7W；
（3）两灯并联，将红灯和电磁铁串联组成一条支路，绿灯一条支路，如图所示；
（4）由图知，当灯正常发光时，通过的电流为0.28A，此时加在电阻两端的电压为7V，
所以电路总电压U=2.5V+7V=9.5V，电路消耗的总电能：
W=UIt=9.5V×0.28A×300s=798J．
答：（1）灯在额定电压时的电阻值为8.9Ω；
（2）灯的额定功率为0.7W；
（3）电路的连接如图所示；
（4）电路消耗的总电能为798J．
点评：本题为电学、磁学的综合题，考查了学生对电阻的计算、电功率的计算、电能的计算、电磁铁的应用，知识点多、综合性强，属于难题．