Question

20．小強(qiáng)一家計(jì)劃中考結(jié)束后到某溶洞旅游，于是爸爸買(mǎi)回一種新式手電筒．它的前端有3顆發(fā)光燈，能發(fā)出耀眼的白光，老板說(shuō)那是3顆并聯(lián)關(guān)系的高亮度發(fā)光二極管．想起爺爺有一個(gè)老式的手電，小強(qiáng)想到：可否做一個(gè)調(diào)查，對(duì)二者作對(duì)比研究呢？結(jié)果，小強(qiáng)收集到以下一些資料：
A．爺爺?shù)氖蛛娦枰�三�?jié)干電池（每節(jié)電壓為1.5V）供電，更換“南孚牌”新電池后可連續(xù)正常發(fā)光3小時(shí)；采用白熾燈泡，發(fā)光時(shí)燈絲溫度很高，正常工作電流約為0.3A；燈泡使用壽命約為50小時(shí)，為方便更換，燈頭采用螺旋式．
B．爸爸的新手電使用二節(jié)干電池供電，但發(fā)光時(shí)亮度比爺爺?shù)睦鲜蛛娨�亮得多；更換“南孚牌”新電池后可連續(xù)發(fā)光20小時(shí)；發(fā)光二極管屬冷光源，正常發(fā)光時(shí)溫度幾乎不升高（接近室溫），所以其使用壽命極高，可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)；另外，抗震能力強(qiáng)，電光轉(zhuǎn)換效率（電流通過(guò)電燈時(shí)，轉(zhuǎn)化成的光能在所消耗的電能中占的百分比）高也是其顯著特征；燈泡被直接焊接在一小塊電路板上．
（1）爺爺?shù)氖蛛娡驳念~定工作電壓是4.5V；所用燈泡　正常發(fā)光時(shí)燈絲的電阻約是15Ω．
（2）經(jīng)過(guò)比較，兩種手電除燈泡及其連接不同外，其他電路一樣，請(qǐng)?jiān)趫D中方框內(nèi)幫小強(qiáng)畫(huà)出他家新買(mǎi)的手電的電路圖（框內(nèi)已畫(huà)出了發(fā)光二極管的符號(hào)）．
（3）發(fā)光二極管手電有許多優(yōu)點(diǎn)，如：抗震能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、電光轉(zhuǎn)換效率高、燈泡不需頻繁更換．
（4）比較而言，老式手電的燈泡壽命很低，主要因?yàn)槔鲜绞蛛姷臒襞轃艚z溫度高，燈絲容易熔斷．
（5）新式手電為什么將燈泡焊接在電路板上，而不采用螺旋式燈頭呢？
答：新式手電燈泡使用壽命長(zhǎng)，不需頻繁更換，所以將燈泡焊接在電路板上．
（6）經(jīng)測(cè)量，手電筒在不能正常發(fā)光時(shí)，干電池的電能被消耗80%，計(jì)算一節(jié)“南孚牌”干電池所儲(chǔ)存的電能大約是6075焦耳．

Answer 1

分析 ①三節(jié)干電池串聯(lián)的電池組的電壓為各節(jié)電池電壓之和，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計(jì)算出電阻．
②三個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)，開(kāi)關(guān)控制干路．
③由題目所給信息中可以獲得發(fā)光二極管手電的優(yōu)點(diǎn)．
④老式手電的燈泡壽命很低，由題目所給信息可知是因?yàn)榘l(fā)光時(shí)燈絲溫度很高．
⑤新式手電燈泡使用壽命長(zhǎng)，不需頻繁更換，所以將燈泡焊接在電路板上，而不采用螺旋式燈頭．
⑥已知老式手電的電源電壓和工作電流以及通電時(shí)間，根據(jù)公式W=UIt可求燈泡正常發(fā)光所消耗的電能，進(jìn)一步求出一節(jié)干電池所儲(chǔ)存的電能．

解答 解：①三節(jié)干電池串聯(lián)后的電壓為1.5V×3=4.5V，小燈泡的電阻為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{0.3A}$=15Ω．
②開(kāi)關(guān)控制干路，三個(gè)二極管并聯(lián)，注意的是二極管的正負(fù)不能接錯(cuò)，因?yàn)槎�極管具有單向?qū)щ娦裕�如圖：

③發(fā)光二極管手電的優(yōu)點(diǎn)有節(jié)能、亮度高、燈泡不需頻繁更換．
④由題目所給信息可知發(fā)光時(shí)，老式手電的燈泡燈絲溫度高，燈絲容易熔斷．
⑤新式手電燈泡使用壽命長(zhǎng)，不需頻繁更換，所以將燈泡焊接在電路板上．
⑥由老式手電的相關(guān)數(shù)據(jù)可知燈泡正常發(fā)光所消耗的電能：
W=UIt=4.5V×0.3A×3×3600s=14580J，
所以1節(jié)干電池所儲(chǔ)存的電能為：$\frac{14580J}{3×80%}$=6075J．
故答案為：（1）4.5；15；（2）電路圖如上圖所示；（3）燈泡不需頻繁更換；（4）老式手電的燈泡燈絲溫度高，燈絲容易熔斷；（5）新式手電燈泡使用壽命長(zhǎng)，不需頻繁更換，所以將燈泡焊接在電路板上；（6）6075．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電功的計(jì)算和根據(jù)題意設(shè)計(jì)電路圖，關(guān)鍵是能從題目所給信息中找到有用的數(shù)據(jù)，這是本題的重點(diǎn)，難點(diǎn)是根據(jù)題意畫(huà)電路圖．