Question

4．太陽(yáng)能曬水箱中的水在冬天往往溫度不夠高，為了提高水的溫度，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們射想在水箱中加裝了一個(gè)“220V，2000W”的電熱管，并利用一個(gè)“6V，1W”的小燈泡和一段的電阻絲，為電熱管安裝了一個(gè)指示燈．
（1）畫出電熱管及指示燈的電路原理圖．
（2）在同學(xué)們的方案中，小燈泡兩端的電壓是按5V設(shè)計(jì)的，對(duì)于指示燈來(lái)說(shuō)，這樣設(shè)計(jì)有什么好處？可以延長(zhǎng)指示燈的使用壽命．

Answer 1

分析 （1）小燈泡作為電熱管的指示燈，應(yīng)該是電熱管工作時(shí)，小燈泡發(fā)光；電熱管不工作時(shí)，小燈泡不發(fā)光，即小燈泡的電流應(yīng)隨電熱管的電流有無(wú)而存無(wú)，為滿足這一要求，應(yīng)將小燈泡和電熱管串聯(lián)．
還應(yīng)注意電熱管和小燈泡正常工作時(shí)的電流大小，比較兩者電流的大小可知，不能將小燈泡直接與電熱管串聯(lián)起來(lái)接到220V的電路中，再由并聯(lián)電路分流的特點(diǎn)解決此問(wèn)題．
（2）從燈泡工作情況上分析使燈泡電壓為5V的優(yōu)點(diǎn)．

解答 解：
（1）小燈泡作為電熱管的指示燈，燈與電熱管同時(shí)工作、同時(shí)停止工作，所以兩者可以串聯(lián)；
由P=UI知，電熱管正常工作時(shí)的電流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2000W}{220V}$≈9.09A，燈泡正常工作時(shí)電流I′=$\frac{P′}{U′}$=$\frac{1W}{6V}$≈0.17A，所以兩者不能直接串聯(lián)；
因?yàn)椴⒙?lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，所以應(yīng)給燈泡并聯(lián)一個(gè)合適的電阻分流，如圖1所示：；
若指示燈與電熱管并聯(lián)，并聯(lián)電路各支路兩端電壓都與電源電壓相等，而燈泡的額定電壓只有6V，所以可以將一個(gè)電阻與燈泡串聯(lián)分壓，如圖2所示：
，
由于并聯(lián)電路中各支路間互不影響，若指示燈支路斷路，則不能指示電熱管是否工作；若電熱管斷路，指示燈仍然發(fā)光，也不能正確指示電熱管的工作狀態(tài)，所以這種連接不合理．
（2）指示燈兩端的電壓按5V設(shè)計(jì)，則實(shí)際工作時(shí)通過(guò)小燈泡的電流略小于小燈泡的額定電流，這樣可以延長(zhǎng)指示燈的使用壽命．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖1；（2）可以延長(zhǎng)指示燈的使用壽命．

點(diǎn)評(píng) 本題是電路的設(shè)計(jì)題，考查了串并聯(lián)電路特點(diǎn)和認(rèn)識(shí)和理解，難點(diǎn)是會(huì)根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)和要求判斷出電阻絲與燈泡的連接方式．