Question

某电热水器的简化电路，如图所示．请你设计虚线框内的指示灯电路．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，各种阻值的电阻，导线若干．
（1）在指示灯能正常工作的情况下，请你通过计算说明选用器材的最佳方案及器材的具体规格．
（2）将电路图中的虚线框部分补充完整．

Answer 1

分析：（1）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．
（2）根据（1）的分析结果，就可以画出正确的电路．

解答：解：（1）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=

P灯

U灯

U电源=

0.75W

2.5V

×220V=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I_额=220V×10×10^-3A=2.2W．
根据计算结果，应选用发光二极管，需要串联电阻的阻值为：
R=

U电源- U管

I额

=

220V-2V

10×10-3A

=2.18×10⁴Ω．
答：根据计算结果，应选用“2V、10mA”的发光二极管和一个阻值为2.18×10⁴Ω的电阻串联．
（2）选用“2V、10mA”的发光二极管和一个阻值为2.18×10⁴Ω的电阻串联，电路图如下：

答：指示灯电路如上图．

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．