Question

【题目】LED（发光二极管简称LED）是人类继爱迪生发明白炽灯之后最伟大的发明之一，它是一种新型节能、环保的光源产品．如图甲是一种常见的LED手电筒，发光元件由5个发光二极管并联组成，每个发光二极管的额定电流为30mA，它的能量是由可反复充电使用的电池提供，且LED灯发光的颜色会随电压的变化而变化，如表格所示．

两端的电压/V	2	2.4	3.2
LED灯的颜色	红	黄	蓝

请回答下列问题：
（1）这种LED手电筒正常工作时的总电流为多少？
（2）图乙是一个LED与50Ω的定值电阻R串联，已知电源电压为4.2V保持不变，闭合开关S，毫安表（为读数更精确的电流表）的读数为20mA，通过计算说明此时LED灯发出什么颜色的光？
（3）若图乙中，闭合开关S，R的实际功率为0.08W，求此时LED灯通电10min消耗的电能是多少焦耳？

Answer 1

【答案】
（1）因5个发光二极管并联，且并联电路中干路电流等于各支路电流之和，

所以，LED手电筒正常工作时的总电流：

I总=30mA×5=150mA=0.15A

答：这种LED手电筒正常工作时的总电流为0.15A

（2）一个LED与50Ω的定值电阻R串联，由I= 可得，定值电阻R两端的电压：

UR=IR=20×10﹣3A×50Ω=1V，

因串联电路中总电压等于各分电压之和，

所以，LED灯两端的电压：

ULED=U﹣UR=4.2V﹣1V=3.2V，

由表格数据可知，此时LED灯发出蓝颜色的光

答：此时LED灯发出蓝颜色的光

（3）当电阻R的电功率为0.08W时，由P=I2R可得，电路中的电流：

I′= = =0.04A，

电阻R两端的电压：UR′=I′R=0.04A×50Ω=2V，

LED灯两端的电压：ULED′=U﹣UR′=4.2V﹣2V=2.2V，

LED灯通电10min消耗的电能：W=ULED′I′t=2.2V×0.04A×10×60s=52.8J．

答：此时LED灯通电10min消耗的电能是52.8J

【解析】（1）知道发光二极管正常工作时的额定电流，根据并联电路的电流特点求出5个并联后的总电流；（2）一个LED与50Ω的定值电阻R串联，知道电路中的电流，根据欧姆定律求出定值电阻两端的电压，根据串联电路的电压特点求出灯泡两端的电压，然后由表格信息得出LED灯发光的颜色；（3）根据P=I2R求出电阻R的电功率为0.08W时电路中的电流，根据欧姆定律求出电阻R两端的电压，根据串联电路的电压特点求出LED灯两端的电压，根据W=UIt求出LED灯通电10min消耗的电能．
【考点精析】关于本题考查的欧姆定律及其应用和电功的计算，需要了解欧姆定律的应用： ① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大．（R=U/I） ② 当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小．（I=U/R） ③ 当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大．（U=IR）；电功计算公式：W=UIt（式中单位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）才能得出正确答案．