Question

15．小偉一個(gè)科學(xué)迷，在課余時(shí)間他利用一個(gè)規(guī)格為“2.2V  0.01A”的發(fā)光二極管設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路．晚間關(guān)閉照明燈L后，利用二極管D發(fā)出的光指示開關(guān)所在的位置．S為單刀雙擲開關(guān)、R為限流電阻．

（1）關(guān)閉照明燈后，為使二極管D正常工作，限流電阻R的阻值為多少歐？此時(shí)，電路消耗的總功率為多少瓦？
（2）從安全用電考慮，該電路存在安全隱患，應(yīng)將單刀雙擲開關(guān)S接在照明燈L與火線間；
（3）不管照明燈關(guān)閉還是打開，該電路都要消粍電能．為節(jié)約電能，可以再接入一個(gè)光控開關(guān)（光照弱時(shí)自動(dòng)閉合，光照強(qiáng)時(shí)自動(dòng)斷開），你認(rèn)為應(yīng)將光控開關(guān)接在圖乙中a、b、c三處的b處．

Answer 1

分析 （1）二極管D正常工作時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出R的阻值，利用P=UI求出總功率；
（2）開關(guān)控制燈泡時(shí)，火線首先進(jìn)入開關(guān)，然后進(jìn)入燈泡，零線直接進(jìn)入燈泡，這樣燈泡既能工作，在燈泡損壞時(shí)，斷開開關(guān)，切斷火線，更換燈泡更安全；
（3）從安全用電考慮，斷開開關(guān)，切斷火線，更換燈泡更安全，則光控開關(guān)應(yīng)接在火線和燈泡之間．

解答 解：（1）二極管D正常工作時(shí)，D與R串聯(lián)，
由串聯(lián)電路中總電壓等于各電阻兩端電壓之和可知：
定值電阻R兩端的電壓U_R=U-U_D=220V-2.2V=217.8V，
由串聯(lián)電路中各處的電流相等可知，電路中的電流I=I_D=0.01A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，定值電阻R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{217.8V}{0.01A}$=21780Ω；
總功率P=UI=220V×0.01A=2.2W；
（2）由圖可知：?jiǎn)蔚峨p擲開關(guān)S在照明燈L與零線之間，從安全用電考慮，開關(guān)控制燈泡時(shí)，火線首先進(jìn)入開關(guān)，然后進(jìn)入燈泡，所以應(yīng)將單刀雙擲開關(guān)S接在照明燈L與火線間；
（3）不管照明燈關(guān)閉還是打開，該電路消粍電能的是二極管D和限流電阻R．為了節(jié)約電能，光照弱時(shí)自動(dòng)閉合，光照強(qiáng)時(shí)自動(dòng)斷開二極管D和限流電阻R電路，所以，光控開關(guān)應(yīng)接在二極管D和限流電阻R的支路上，即b處．
答：（1）關(guān)閉照明燈后，為使二極管D正常工作，限流電阻R的阻值為21780Ω；此時(shí)，電路消耗的總功率為2.2W；
（2）火線；
（3）b．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用，要注意用電器正常工作時(shí)的電壓和額定電壓相等．同時(shí)考查了燈泡和開關(guān)的連接，關(guān)鍵是知道兩只單刀雙擲開關(guān)的連接是串聯(lián)和安全用電的原則．