Question

16．LED是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈之后最偉大的發(fā)明之一，它是一種新型節(jié)能、環(huán)保的光源產(chǎn)品．LED 燈發(fā)光的顏色還會(huì)隨其兩端電壓的變化而變化，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表．某同學(xué)用一盞LED燈與一個(gè)50Ω的定值電阻組成如圖所示的電路，已知電源電壓保持為4.2V不變．請(qǐng)回答下列問題：

兩端的電壓/V	2	2.4	3.2
LED燈的顏色	紅	黃	藍(lán)

（1）閉合開關(guān)S，若毫安表（為讀數(shù)更精確的電流表）的讀數(shù)為20mA，通過計(jì)算說明，此時(shí)LED燈發(fā)出的光是什么顏色？
（2）閉合開關(guān)S，若R的實(shí)際功率為0.08W，求此時(shí)：
①電路中的電流是多大？
②10min內(nèi)LED燈消耗的電能是多少焦耳？

Answer 1

分析 （1）一個(gè)LED與50Ω的定值電阻R串聯(lián)，知道電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡兩端的電壓，然后由表格信息得出LED燈發(fā)光的顏色；
（2）①根據(jù)P=I²R求出電阻R的電功率為0.08W時(shí)電路中的電流；
②根據(jù)歐姆定律求出電阻R兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出LED燈兩端的電壓，根據(jù)W=UIt求出LED燈通電10min消耗的電能．

解答 解：
（1）一個(gè)LED與50Ω的定值電阻R串聯(lián)，由I=$\frac{U}{R}$可得，定值電阻R兩端的電壓：
U_R=IR=20×10^-3A×50Ω=1V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，LED燈兩端的電壓：U_LED=U-U_R=4.2V-1V=3.2V，
由表格數(shù)據(jù)可知，此時(shí)LED燈發(fā)出藍(lán)顏色的光；
（2）
①當(dāng)電阻R的電功率為0.08W時(shí)，由P=I²R可得，電路中的電流：
I′=$\sqrt{\frac{{P}_{R}}{R}}$=$\sqrt{\frac{0.08W}{50Ω}}$=0.04A，
②電阻R兩端的電壓：
U_R′=I′R=0.04A×50Ω=2V，
LED燈兩端的電壓：U_LED′=U-U_R′=4.2V-2V=2.2V，
LED燈通電10min消耗的電能：W=U_LED′I′t=2.2V×0.04A×10×60s=52.8J．
答：
（1）此時(shí)LED燈發(fā)出藍(lán)顏色的光；
（2）①此時(shí)電路中的電流為0.04A；
②LED燈通電10min消耗的電能是52.8J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式、電功公式的靈活應(yīng)用，要注意前后兩問中LED的電功率不相等．