Question

3．如图甲是一中LED护眼灯，按动不同的按钮开关，护眼灯的亮度不同．
（1）小明按下开关，当其中的任何一个LED小灯泡损坏时，其他的LED小灯泡依旧发光，则这些LED小灯泡连接方式是并联；
（2）为进一步研究护眼灯电路，小明在老师的指导下，设计如图乙所示的护眼灯等效电路（其中L₁和L₂是多个LED小灯连接后的等效灯泡），在等效电路中L₁的规格为“6V 2W”，L₂的规格为“6V 4W”，当开关S分别与A、B相连时，灯L₁和L₂分别正常发光，若电源电压不变，则相同时间内S接A（选填“A”或“B”）时更省电；
（3）在等效电路中，串联的电阻R₁和R₂的大小关系是R₁＞R₂；
（4）若等效电路中“6V 4W”的灯泡不小心损坏，在没有相同规格灯泡时，为保证安全，可以选“6V 6W”（选填“6V 1W”或“6V 6W”）临时替换使用．

Answer 1

分析 （1）串联电路中各元件相互影响，并联电路中各元件互不影响；
（2）根据LED灯的规格，由P=UI计算出S分别接A和B时电路中电流，由W=UIt判断相同时间里消耗电能多少比较得出结果；
（3）由R=$\frac{{U}^{2}}{P}$计算两LED灯电阻，根据接A和B时电源电压不变列式比较两串联电阻的大小；

解答 解：
（1）其中的任何一个LED小灯泡损坏时，其他的LED小灯泡依旧发光，说明这些LED小灯泡之间互不影响，即为并联；
（2）当开关S分别与A、B相连时，灯L₁和L₂分别正常发光，
因为P=UI，
由图可知：S接A时L₁接入电路，电路中电流I=I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{2W}{6V}$=$\frac{1}{3}$A，
由图可知：S接B时L₂接入电路，电路中电流I=I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{4W}{6V}$=$\frac{2}{3}$A，
根据W=UIt，电源电压不变，相同时间里电路消耗电能W₁＜W₂，所以接A时更省电；
（3）根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，
L₁的电阻：R_L1=$\frac{{{U}_{1}}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{（6V）^{2}}{2W}$=18Ω，
L₂的电阻：R_L2=$\frac{{{U}_{2}}^{2}}{{P}_{2}}$=$\frac{（{6V）}^{2}}{4W}$=9Ω，
电源电压不变，则I₁（R₁+R_L1）=I₁（R₁+R_L1），
即：$\frac{1}{3}$A×（R₁+18Ω）=$\frac{2}{3}$A×（R₂+9Ω），
解得：R₁=2R₂，即R₁＞R₂；
（4）“6V 1W”灯泡电阻R=$\frac{（6V）^{2}}{1W}$=36Ω，
“6V 6W”灯泡电阻R′=$\frac{（{6V）}^{2}}{6W}$=6Ω
由图可知：S接B时R₂与L₂串联接入电路，L₂正常发光即电压达到额定电压6V，
若用“6V 1W”临时替换L₂与R2串联，因为“6V 1W”电阻大于R_L2的电阻，根据分压原理，此时“6V 1W”灯泡分得电压超过6V，会烧坏故不合理；
而用“6V 6W”临时替换，由于“6V 6W”电阻小于R_L2的电阻，此时“6V 6W”灯泡分得电压小于6V，虽不能正常发光，但不会烧坏．
故选“6V 6W”临时替换．
故答案为：（1）并；（2）A；（3）＞；（4）“6V 6W”．

点评 本题考查了串联和并联电路的判断、电路特点及欧姆定律、电功和电功率计算公式应用的综合计算，关键是结合电路特点，灵活运用公式进行相关计算和判断．有一定难度．