Question

如圖甲．是小敏設計的一個紅、綠兩燈能交替發光的未完成電路，電源的電壓是可以變化的，兩燈規格相同，額定電壓是2.5伏，燈的電阻R₁和保護電阻R₂的電流和兩端電壓的關系如圖乙所示．電路連接完成后，兩燈交替工作時的任一電路如圖丙所示．電磁鐵電阻不計．為方便計算，不計銜鐵在觸點間來回時間．求：
（1）燈在額定電壓時的電阻值．
（2）燈的額定功率．
（3）請完成電路的連接．
（4）閉合開關S，燈正常工作5分鐘，電路消耗的總電能．

Answer 1

【答案】分析：（1）～（2）由圖乙得出燈兩端電壓為2.5V（額定電壓）時的電流值，利用歐姆定律求此時的電阻；利用P=UI求燈的額定功率；
（3）設計時，兩燈并聯，將紅燈和電磁鐵串聯組成一條支路，綠燈一條支路；當紅燈亮時，電磁鐵有磁性，將銜鐵吸引下來，綠燈亮、紅燈滅；此時電磁鐵無磁性，銜鐵被抬起，和上觸電接觸，紅燈亮、綠燈滅，電磁鐵有磁性；這樣紅、綠兩燈能交替發光；
（4）由圖知，當燈正常發光（在額定電壓下）時，通過的電流為0.28A，此時加在電阻兩端的電壓為7V，求出總電壓，知道電路中的電流和通電時間，利用W=UIt求電路消耗的總電能．
解答：解：
（1）由圖知，當U_L=2.5V時，I_L=0.28A，則此時燈絲電阻：
R_L==≈8.9Ω；
（2）燈的額定功率：
P_額=U_LI_L=2.5V×0.28A=0.7W；
（3）兩燈并聯，將紅燈和電磁鐵串聯組成一條支路，綠燈一條支路，如圖所示；
（4）由圖知，當燈正常發光時，通過的電流為0.28A，此時加在電阻兩端的電壓為7V，
所以電路總電壓U=2.5V+7V=9.5V，電路消耗的總電能：
W=UIt=9.5V×0.28A×300s=798J．
答：（1）燈在額定電壓時的電阻值為8.9Ω；
（2）燈的額定功率為0.7W；
（3）電路的連接如圖所示；
（4）電路消耗的總電能為798J．
點評：本題為電學、磁學的綜合題，考查了學生對電阻的計算、電功率的計算、電能的計算、電磁鐵的應用，知識點多、綜合性強，屬于難題．