Question

黑夜看不见楼道照明电灯的开关位置，给行人寻找开关位置带来不便．于是，小明提出了一个设计带有指示灯开关的设想，其设计方案如图所示．他选用一种单刀双掷开关，如图中的S；另外利用一个规格为“10V  1W”的小灯泡，和一段规格为1.0×10⁴Ω/m的电阻丝配合，安装在图中的虚线框内组成指示灯．这样，当S拨向b时，照明灯亮、指示灯灭，可避免指示灯费电；，当S拨向a时，照明灯灭、指示灯亮，可显示开关位置．
（1）为了使指示灯正常发光，请你认为虚线框内的指示灯和电阻丝应如何连接？______．
（2）为了使指示灯正常发光，请帮小明计算一下，需截取多长的一段电阻丝与指示灯连接．
（3）若楼道照明灯的规格为“220V  100W”，一天（24h）中平均使用6h．那么，就这盏楼道灯的电路，一天要耗电多少度？
（4）小明的这种设计思路是值得称赞的．但是，他所设计的这种带有指示灯的开关并不是很理想的，不能作为一种完善的产品大批量生产投放市场．
①你认为不理想的主要原因是什么？______．
②你理想中的带有指示灯的开关是什么样的？______．

Answer 1

【答案】分析：（1）S接a时，指示灯的额定电压远低于电源电压220V，因此要串联电阻来分担多余的电压．
（2）已知指示灯的规格，根据I=求出灯泡正常工作时的电流；根据串联电路的电压特点求出所串电阻丝两端的电压，再根据欧姆定律求出电阻丝的电阻，进一步根据题意求出电阻丝的长度．
（3）一天（24h）中照明灯使用时间6h，指示灯电路工作时间24h-6h=18h，根据W=Pt分别求出消耗的电能，两者之和即为这盏楼道灯的电路一天总共耗电的电量．
（4）由电路图可知电阻丝与指示灯串联，结构复杂；根据焦耳定律可知指示灯电路消耗电能太多，且电阻丝发热不但消耗电能，据此得出小明的这种设计思路不合理的原因和改进的措施．
解答：解：（1）因电源电压220V，而指示灯额定电压为10V，所以电阻丝应与指示灯串联．

故答案为：串联．
（2）指示灯正常工作时的电流I===0.1A，
为保证指示灯正常工作，电阻丝两端的电压应为U_阻=U-U_L=220V-10V=210V，
所以电阻丝的电阻为：R_连===2100Ω，
电阻丝的长度为：l==0.21m=21cm．
答：所需电阻丝的长度为21cm．
（3）一天（24h）中照明灯使用时间6h，消耗电能W₁=Pt=0.1KW×6h=0.6KW?h；
指示灯电路工作时间24h-6h=18h，
指示灯包括电阻丝两端电压为220V，工作电流为0.1A，
所以消耗电能为：W₂=UIt=220V×0.1A×18h=0.396KW?h；
所以，这盏楼道灯的电路一天总共耗电：W=W1+W2=0.6KW?h+0.396KW?h=0.996KW?h=0.996度．
答：这盏楼道灯的电路，一天要耗0.966度的电能．
（4）①主要原因是：指示灯电路消耗电能太多．（电阻丝与指示灯串联，结构复杂；指示灯功率太大；电阻丝发热不但消耗电能，而且使开关发热）
②应该研制功率小而发光效率高，并能直接接在220V电源上的指示灯．（应使指示灯电路消耗电能尽可能少）
点评：本题考查了串联电路的特点、欧姆定律和焦耳定律的应用，是一道电学的小综合题；其中第三问容易漏掉指示灯消耗的电能，是该题的易错点．