Question

13．如图甲所示，这是科学兴趣小组设计的汽车转向指示灯电路模型，电路中电源电压恒为6V，指示灯的规格均为“6V 3W”，R₀为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，不考虑指示灯电阻随温度的变化，在转向开关与触点“2和3”接通情况下，右转指示灯两端实际电压变化规律如图乙所示，求：

（1）当电磁铁有电流通过时，电磁铁上端为N极．（填“N”或“S”）
（2）触点A、B分离时，通过右转指示灯的电流．
（3）定值电阻R₀的阻值．
（4）右转指示灯工作30秒，电路消耗多少电能．

Answer 1

分析 （1）根据通过通电螺线管的电流方向和安培定则判断电磁铁的极性；
（2）根据灯上“6V 3W”字样的含义，根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求灯正常发光时的电阻；
根据题意和电路图可知，当A、B分离时，电路为右转指示灯的基本电路，根据P=UI的变形公式即可求出通过指示灯的电流；
（3）根据R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出指示灯的阻值；当A、B接触时，根据图象可知，指示灯两端电压为1.2V，根据欧姆电路求出电路的电流，然后根据欧姆定律的应用求出定值电阻R₀的阻值；
（4）根据W=UIt分别求出1s内和1s～1.5s内电路消耗的电能，进一步求出30秒内整个电路消耗的电能．

解答 解：（1）根据通过通电螺线管的电流方向和安培定则，上端为电磁铁上端N极；
（2）指示灯的规格均为“6V 3W”，由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得指示灯的阻值：
R_L=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（6V）^{2}}{3W}$=12Ω；
电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计，
由图可知，当A、B分离时，右转指示灯和R₀串联，此时灯泡分得的电压较小，灯泡较暗；
根据图象可知，当A、B分离时，指示灯两端电压为1.2V，
串联电路电流处处相等，则电路中的电流：
I=I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{1.2V}{12Ω}$=0.1A；
（3）由于右转指示灯和R₀串联，则R₀两端的电压：
U₀=U-U_L=6V-1.2V=4.8V；
根据欧姆定律可得，定值电阻R₀的阻值：
R₀=$\frac{{U}_{0}}{I}$=$\frac{4.8V}{0.1A}$=48Ω；
（4）当触点A与B接通时，电磁铁和电阻R₀被短路，右转指示灯发光较亮，
根据图象可知，此时指示灯两端电压为6V，此时电路中的电流：
I′=$\frac{{U′}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{6V}{12Ω}$=0.5A；
0～1s内电路消耗的电能：
W₁=UIt=6V×0.1A×1s=0.6J；
1s～1.5s电路消耗的电能：
W₂=UI′t=6V×0.5A×0.5s=1.5J；
右转指示灯交替工作1min整个电路消耗的电能：
W=（W₁+W₂）×$\frac{30s}{1.5}$=（0.6J+1.5J）×20=42J．
答：（1）当电磁铁有电流通过时，电磁铁上端为N极
（2）触点A、B分离时，通过右转指示灯的电流为0.1A；
（3）定值电阻R₀的阻值为48Ω；
（4）右转指示灯交替工作1min整个电路消耗的电能为42J．

点评 本题考查通电螺丝线管极性的判断、电阻、电流、电功的计算，关键是公式及其变形的应用和串联电路电压和电流特点的理解，该题难度较大．