Question

12．晚上，小明在家里看不見(jiàn)電燈開(kāi)關(guān)的位置，為此他設(shè)計(jì)了如圖所示的電路．當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S合向A時(shí)，照明燈滅、指示燈亮，顯示開(kāi)關(guān)位置；S合向B時(shí)，照明燈亮、指示燈滅（S只能處于這兩種狀態(tài)）．他利用一個(gè)“10V 1W”的小燈泡和一段1.0×10⁴歐/米的電阻絲來(lái)組裝指示燈．
（1）為使指示燈正常發(fā)光，請(qǐng)?jiān)趫D示方框內(nèi)完成指示燈和電阻的連接電路．
（2）按上述設(shè)計(jì)，用來(lái)制作電阻的電阻絲需多長(zhǎng)？
（3）你認(rèn)為小明的設(shè)計(jì)有什么不足？

Answer 1

分析 （1）S接a時(shí)，指示燈的額定電壓遠(yuǎn)低于電源電壓220V，因此要串聯(lián)電阻來(lái)分擔(dān)多余的電壓．
（2）已知電阻絲的規(guī)格，要求電阻絲的長(zhǎng)度，就必須先求出串聯(lián)電阻的阻值；
先根據(jù)指示燈的銘牌求出串聯(lián)電路的電流，再由歐姆定律解出電阻絲的阻值即可．
（3）由電路圖可知電阻絲與指示燈串聯(lián)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；根據(jù)焦耳定律可知指示燈電路消耗電能太多，且電阻絲發(fā)熱不但消耗電能，據(jù)此得出小明的這種設(shè)計(jì)思路不合理的原因和改進(jìn)的措施．

解答 解：（1）指示燈的額定電壓是10V，所以需要將電阻與燈泡串聯(lián)進(jìn)行分壓才可以，
電路圖如圖所示；

（2）由題意可知電阻需要分擔(dān)的電壓是220V-10V=210V，
串聯(lián)電路中的電流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{10V}$=0.1A，故電阻絲的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{210V}{0.1A}$=2100Ω，
所以需要電阻絲的長(zhǎng)度L=$\frac{2100Ω}{1×1{0}^{4}Ω/m}$=0.21m；
（3）設(shè)計(jì)不足：指示燈電路消耗電能太多．（電阻絲與指示燈串聯(lián)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；指示燈功率太大；電阻絲發(fā)熱不但消耗電能，而且使開(kāi)關(guān)發(fā)熱）；應(yīng)該研制功率小而發(fā)光效率高，并能直接接在220V電源上的指示燈．（應(yīng)使指示燈電路消耗電能盡可能少．
答：（1）如圖所示；（2）用來(lái)制作電阻的電阻絲需要0.21m；（3）不足：指示燈消耗的電能太多．

點(diǎn)評(píng) 此題是電學(xué)的小綜合題，涉及到電路設(shè)計(jì)、電能的計(jì)算、串聯(lián)分壓原理等；（3）題容易漏掉指示燈消耗的電能，是該題的易錯(cuò)點(diǎn)．