Question

3．2014年10月7日，日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和中村修二因在上世紀(jì)90年代初發(fā)明“高亮度藍(lán)色發(fā)光二根管”而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，藍(lán)色發(fā)光二根管的發(fā)明史LED用于照明的最大技術(shù)障礙被掃除．與白熾燈、熒光燈相比．LED的使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)，為白熾燈的30倍．如圖甲是一種常見的LED手電筒，發(fā)光元件由5個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)組成．每個(gè)光的顏色會(huì)隨電壓的變化而變化如圖丙表格所示．

兩端的電壓/V	2	2.4	3.2
LED燈的顏色	紅	黃	藍(lán)

丙
請(qǐng)回答下列問題：
（1）這種LED手電筒正常工作時(shí)的總電流為多少？
（2）圖乙是一個(gè)LED與90Ω的定值電阻R串聯(lián)．已知電流電壓為5V保持不變，閉合開關(guān)S，毫安表（為讀數(shù)更精確的電流表）的讀數(shù)為20mA，通過計(jì)算說明此時(shí)LED燈發(fā)出什么顏色的光？
（3）在（2）中，該LED燈發(fā)光的實(shí)際功率是多少？該燈工作多少個(gè)小時(shí)消耗1度電？

Answer 1

分析 （1）知道發(fā)光二極管正常工作時(shí)的額定電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出5個(gè)并聯(lián)后的總電流；
（2）一個(gè)LED與50Ω的定值電阻R串聯(lián)，知道電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡兩端的電壓，然后由表格信息得出LED燈發(fā)光的顏色；
（3）根據(jù)P=UI可求得LED燈的實(shí)際功率．根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求得時(shí)間．

解答 解：（1）因5個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)，且并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，
所以，LED手電筒正常工作時(shí)的總電流：
I_總=20mA×5=150mA=0.10A；
（2）一個(gè)LED與90Ω的定值電阻R串聯(lián)，由I=$\frac{U}{R}$可得，定值電阻R兩端的電壓：
U_R=IR=20×10^-3A×90Ω=1.8V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，LED燈兩端的電壓：
U_LED=U-U_R=4.2V-1V=3.2V，
由表格數(shù)據(jù)可知，此時(shí)LED燈發(fā)出藍(lán)顏色的光；
（3）20mA=0.02A
該LED燈發(fā)光的實(shí)際功率為：P_LED=U_LEDI_LED=3.2V×0.02A=0.064W．
由P=$\frac{W}{t}$可得，消耗1度電時(shí)間為：t=$\frac{W}{P}$=$\frac{1kW•h}{0.064×1{0}^{-3}kW}$=15625h．
答：（1）這種LED手電筒正常工作時(shí)的總電流為0.10A；
（2）此時(shí)LED燈發(fā)出藍(lán)顏色的光；
（3）LED燈的實(shí)際功率是0.064W；該燈工作15625h消耗1度電．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式、電功公式的靈活應(yīng)用．