Question

13．夜晚开灯经常摸不到开关，如果电路中接有指示灯就可避免这种情况．如图所示，请你设计虚线框内的指示灯电路．可以提供选择的器材有：“220V  10W”灯泡一只；“2.5V  0.75W”灯泡一只；“2V  10mA”发光二极管一只（电路图符号：）；还有各种阻值的电阻和导线若干．
（1）灯泡“2.5V  0.75W”正常工作时的电流0.3A，如果把它接入220V的电路中，为了让它能正常工作串联一个725Ω的电阻．
（2）在指示灯能正常工作的情况下，又要求从节能考虑，请你选用最的佳器材及器材规格是“2V 10mA”发光二极管．
（3）请依你所选的器材，将电路图中的虚线框部分补充完整．

Answer 1

分析 （1）已知灯泡额定电压和额定功率，利用I=$\frac{P}{U}$得到灯泡正常发光的电流；电源的电压大于发光二极管的额定电压，要使其正常发光应串联一电阻分得的多余的电压，根据串联电路的电压特点求出电阻两端的电压，根据欧姆定律求出串联电阻的阻值；
（2）①选择“220V、10W”的灯泡，可以直接接入电路，指示灯电路消耗的功率就是灯泡消耗的功率为10W；
②选择“2.5V、0.75W”的灯泡，它就不能直接接入电路，要保证它的安全，需串联一个电阻，问题转化成：串联电阻后，灯泡正常工作，此指示灯电路消耗的功率多大，即为灯泡和电阻共消耗多少功率，而不仅仅是灯泡消耗的功率；
③同理，选择“2V、10mA”的发光二极管，也需要串联一个电阻，发光二极管正常发光时电路消耗的功率是发光二极管和电阻总共消耗的功率；
比较以上三种情况指示灯电路消耗的电功率，就可以做出正确的选择．
（3）根据（2）的分析结果，画出正确的电路图．

解答 解：（1）因为P=UI，
所以“2.5V 0.75W”灯泡正常发光的电流为I_额=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{0.75W}{2.5V}$=0.3A；
要使此灯泡正常工作，应串联一电阻R进行分压，
电阻两端的电压：
U_R=U-U_二极管=220V-2.5V=217.5V，
电阻的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{额}}$=$\frac{217.5V}{0.3A}$=725Ω；
（2）若选“220V、10W”的灯泡，指示灯电路消耗功率P₁=10W；
若选“2.5V、0.75W”的灯泡，指示灯电路消耗功率：
P₂=UI_额=220V×0.3A=66W；
若选“2V、10mA”的发光二极管，指示灯电路消耗的功率：
P₃=U_电源I₃=220V×10×10^-3A=2.2W．
因为I=$\frac{U}{R}$，
根据计算结果，应选用发光二极管；
（3）选用“2V、10mA”的发光二极管和一个电阻串联，电路图如下：
答：
（1）0.3；串；275；
（2）“2V  10mA”发光二极管；
（3）
．

点评 选择最优化方案的试题主要考核学生面临新问题时，如何运用所学知识及物理的一般能力去解决实际问题，可以有效地改变学生一切依赖教师的习惯，是学生今后立足社会所必须具备的素质，在平时教学中，教师要有的放矢的设定这样的情境，培养学生的优化选择能力．