Question

某電熱水器的簡化電路，如圖所示．請你設計虛線框內的指示燈電路．供選擇的器材有：“220V  10W”燈泡一只，“2.5V  0.75W”燈泡一只，“2V  10mA”發(fā)光二極管一只，各種阻值的電阻，導線若干．
（1）在指示燈能正常工作的情況下，請你通過計算說明選用器材的最佳方案及器材的具體規(guī)格．
（2）將電路圖中的虛線框部分補充完整．

Answer 1

分析：（1）①選擇“220V、10W”的燈泡，可以直接接入電路，指示燈電路消耗的功率就是燈泡消耗的功率為10W；
②選擇“2.5V、0.75W”的燈泡，它就不能直接接入電路，要保證它的安全，需串聯(lián)一個電阻，問題轉化成：串聯(lián)電阻后，燈泡正常工作，此指示燈電路消耗的功率多大，即為燈泡和電阻共消耗多少功率，而不僅僅是燈泡消耗的功率；
③同理，選擇“2V、10mA”的發(fā)光二極管，也需要串聯(lián)一個電阻，發(fā)光二極管正常發(fā)光時電路消耗的功率是發(fā)光二極管和電阻總共消耗的功率；
比較以上三種情況指示燈電路消耗的電功率，就可以做出正確的選擇．
（2）根據(jù)（1）的分析結果，就可以畫出正確的電路．

解答：解：（1）若選“220V、10W”的燈泡，指示燈電路消耗功率P₁=10W；
若選“2.5V、0.75W”的燈泡，指示燈電路消耗功率：
P₂=

P燈

U燈

U電源=

0.75W

2.5V

×220V=66W．
若選“2V、10mA”的發(fā)光二極管，指示燈電路消耗的功率：
P₃=U_電源I_額=220V×10×10^-3A=2.2W．
根據(jù)計算結果，應選用發(fā)光二極管，需要串聯(lián)電阻的阻值為：
R=

U電源- U管

I額

=

220V-2V

10×10-3A

=2.18×10⁴Ω．
答：根據(jù)計算結果，應選用“2V、10mA”的發(fā)光二極管和一個阻值為2.18×10⁴Ω的電阻串聯(lián)．
（2）選用“2V、10mA”的發(fā)光二極管和一個阻值為2.18×10⁴Ω的電阻串聯(lián)，電路圖如下：

答：指示燈電路如上圖．

點評：選擇最優(yōu)化方案的試題主要考核學生面臨新問題時，如何運用所學知識及物理的一般能力去解決實際問題，可以有效地改變學生一切依賴教師的習慣，是學生今后立足社會所必須具備的素質，在平時教學中，教師要有的放矢的設定這樣的情境，培養(yǎng)學生的優(yōu)化選擇能力．