Question

16．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．LED 灯发光的颜色还会随其两端电压的变化而变化，对应关系如表．某同学用一盏LED灯与一个50Ω的定值电阻组成如图所示的电路，已知电源电压保持为4.2V不变．请回答下列问题：

两端的电压/V	2	2.4	3.2
LED灯的颜色	红	黄	蓝

（1）闭合开关S，若毫安表（为读数更精确的电流表）的读数为20mA，通过计算说明，此时LED灯发出的光是什么颜色？
（2）闭合开关S，若R的实际功率为0.08W，求此时：
①电路中的电流是多大？
②10min内LED灯消耗的电能是多少焦耳？

Answer 1

分析 （1）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；
（2）①根据P=I²R求出电阻R的电功率为0.08W时电路中的电流；
②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．

解答 解：
（1）一个LED与50Ω的定值电阻R串联，由I=$\frac{U}{R}$可得，定值电阻R两端的电压：
U_R=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：U_LED=U-U_R=4.2V-1V=3.2V，
由表格数据可知，此时LED灯发出蓝颜色的光；
（2）
①当电阻R的电功率为0.08W时，由P=I²R可得，电路中的电流：
I′=$\sqrt{\frac{{P}_{R}}{R}}$=$\sqrt{\frac{0.08W}{50Ω}}$=0.04A，
②电阻R两端的电压：
U_R′=I′R=0.04A×50Ω=2V，
LED灯两端的电压：U_LED′=U-U_R′=4.2V-2V=2.2V，
LED灯通电10min消耗的电能：W=U_LED′I′t=2.2V×0.04A×10×60s=52.8J．
答：
（1）此时LED灯发出蓝颜色的光；
（2）①此时电路中的电流为0.04A；
②LED灯通电10min消耗的电能是52.8J．

点评 本题考查了并联电路的电流特点和串联电路的特点、欧姆定律、电功率公式、电功公式的灵活应用，要注意前后两问中LED的电功率不相等．