Question

3．2014年10月7日，日本科学家赤崎勇、天野浩和中村修二因在上世纪90年代初发明“高亮度蓝色发光二根管”而获得诺贝尔物理学奖，蓝色发光二根管的发明史LED用于照明的最大技术障碍被扫除．与白炽灯、荧光灯相比．LED的使用寿命可达10万小时，为白炽灯的30倍．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．每个光的颜色会随电压的变化而变化如图丙表格所示．

两端的电压/V	2	2.4	3.2
LED灯的颜色	红	黄	蓝

丙
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90Ω的定值电阻R串联．已知电流电压为5V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）在（2）中，该LED灯发光的实际功率是多少？该灯工作多少个小时消耗1度电？

Answer 1

分析 （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=UI可求得LED灯的实际功率．根据P=$\frac{W}{t}$求得时间．

解答 解：（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=20mA×5=150mA=0.10A；
（2）一个LED与90Ω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×90Ω=1.8V，
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；
（3）20mA=0.02A
该LED灯发光的实际功率为：P_LED=U_LEDI_LED=3.2V×0.02A=0.064W．
由P=$\frac{W}{t}$可得，消耗1度电时间为：t=$\frac{W}{P}$=$\frac{1kW•h}{0.064×1{0}^{-3}kW}$=15625h．
答：（1）这种LED手电筒正常工作时的总电流为0.10A；
（2）此时LED灯发出蓝颜色的光；
（3）LED灯的实际功率是0.064W；该灯工作15625h消耗1度电．

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．