Question

13．夜晚開燈經(jīng)常摸不到開關(guān)，如果電路中接有指示燈就可避免這種情況．如圖所示，請你設(shè)計(jì)虛線框內(nèi)的指示燈電路．可以提供選擇的器材有：“220V  10W”燈泡一只；“2.5V  0.75W”燈泡一只；“2V  10mA”發(fā)光二極管一只（電路圖符號：）；還有各種阻值的電阻和導(dǎo)線若干．
（1）燈泡“2.5V  0.75W”正常工作時(shí)的電流0.3A，如果把它接入220V的電路中，為了讓它能正常工作串聯(lián)一個(gè)725Ω的電阻．
（2）在指示燈能正常工作的情況下，又要求從節(jié)能考慮，請你選用最的佳器材及器材規(guī)格是“2V 10mA”發(fā)光二極管．
（3）請依你所選的器材，將電路圖中的虛線框部分補(bǔ)充完整．

Answer 1

分析 （1）已知燈泡額定電壓和額定功率，利用I=$\frac{P}{U}$得到燈泡正常發(fā)光的電流；電源的電壓大于發(fā)光二極管的額定電壓，要使其正常發(fā)光應(yīng)串聯(lián)一電阻分得的多余的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出電阻兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出串聯(lián)電阻的阻值；
（2）①選擇“220V、10W”的燈泡，可以直接接入電路，指示燈電路消耗的功率就是燈泡消耗的功率為10W；
②選擇“2.5V、0.75W”的燈泡，它就不能直接接入電路，要保證它的安全，需串聯(lián)一個(gè)電阻，問題轉(zhuǎn)化成：串聯(lián)電阻后，燈泡正常工作，此指示燈電路消耗的功率多大，即為燈泡和電阻共消耗多少功率，而不僅僅是燈泡消耗的功率；
③同理，選擇“2V、10mA”的發(fā)光二極管，也需要串聯(lián)一個(gè)電阻，發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)電路消耗的功率是發(fā)光二極管和電阻總共消耗的功率；
比較以上三種情況指示燈電路消耗的電功率，就可以做出正確的選擇．
（3）根據(jù)（2）的分析結(jié)果，畫出正確的電路圖．

解答 解：（1）因?yàn)镻=UI，
所以“2.5V 0.75W”燈泡正常發(fā)光的電流為I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{0.75W}{2.5V}$=0.3A；
要使此燈泡正常工作，應(yīng)串聯(lián)一電阻R進(jìn)行分壓，
電阻兩端的電壓：
U_R=U-U_二極管=220V-2.5V=217.5V，
電阻的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{額}}$=$\frac{217.5V}{0.3A}$=725Ω；
（2）若選“220V、10W”的燈泡，指示燈電路消耗功率P₁=10W；
若選“2.5V、0.75W”的燈泡，指示燈電路消耗功率：
P₂=UI_額=220V×0.3A=66W；
若選“2V、10mA”的發(fā)光二極管，指示燈電路消耗的功率：
P₃=U_電源I₃=220V×10×10^-3A=2.2W．
因?yàn)镮=$\frac{U}{R}$，
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選用發(fā)光二極管；
（3）選用“2V、10mA”的發(fā)光二極管和一個(gè)電阻串聯(lián)，電路圖如下：
答：
（1）0.3；串；275；
（2）“2V  10mA”發(fā)光二極管；
（3）
．

點(diǎn)評 選擇最優(yōu)化方案的試題主要考核學(xué)生面臨新問題時(shí)，如何運(yùn)用所學(xué)知識及物理的一般能力去解決實(shí)際問題，可以有效地改變學(xué)生一切依賴教師的習(xí)慣，是學(xué)生今后立足社會(huì)所必須具備的素質(zhì)，在平時(shí)教學(xué)中，教師要有的放矢的設(shè)定這樣的情境，培養(yǎng)學(xué)生的優(yōu)化選擇能力．