Question

天翔一家计划中考结束后到腾龙洞旅游，于是爸爸买回一种新式手电筒．它的前端有3颗发光灯，能发出耀眼的白光，老板说那是3颗并联关系的高亮度发光二极管．想起爷爷有一个老式的手电，天翔想到：可否做一个调查，对二者作对比研究呢？结果，天翔收集到以下一些资料：
A、爷爷的手电需要三节干电池（每节电压为1.5V）供电，更换××牌新电池后可连续正常发光3小时；采用白炽灯泡，发光时灯丝温度很高，正常工作电流约为0.3A；灯泡使用寿命约为50小时，为方便更换，灯头采用螺旋式．
B、爸爸的新手电使用二节干电池供电，但发光时亮度比爷爷的老手电要亮得多；更换××牌新电池后可连续发光20小时；发光二极管属冷光源，正常发光时温度几乎不升高（接近室温），所以其使用寿命极高，可达10万小时；另外，抗震能力强，电光转换效率（电流通过电灯时，转化成的光能在所消耗的电能中占的百分比）高也是其显著特征；灯泡被直接焊接在一小块电路板上．
①爷爷的手电筒的额定工作电压是______V；
②经过比较，两种手电除开灯泡及其连接不同外，其他电路一样，请在右边方框内帮天翔画出他家新买的手电的电路图（框内已画出了发光二极管的符号）．
③发光二极管手电有许多优点，如：抗震能力强、使用寿命高、电光转换效率高、______．
④比较而言，老式手电的灯泡寿命很低，主要因为______．
⑤新式手电为什么将灯泡焊接在电路板上，而不采用螺旋式灯头呢？______．
⑥经测量，手电筒在不能正常发光时，干电池的电能被消耗80%，计算一节××牌干电池所储存的电能大约是多少焦耳？（写出计算过程）

Answer

①三节干电池串联的电池组的电压为各节电池电压之和．
②三个发光二极管并联，开关控制干路．
③由题目所给信息中可以获得发光二极管手电的优点．
④老式手电的灯泡寿命很低，由题目所给信息可知是因为发光时灯丝温度很高．
⑤新式手电灯泡使用寿命长，不需频繁更换，所以将灯泡焊接在电路板上，而不采用螺旋式灯头．
⑥已知老式手电的电源电压和工作电流以及通电时间，根据公式W=UIt可求灯泡正常发光所消耗的电能，进一步求出一节干电池所储存的电能．
【解析】
①三节干电池串联后的电压为1.5V×3=4.5V．
②开关控制干路，三个二极管并联，注意的是二极管的正负不能接错，因为二极管具有单向导电性．如图：

③发光二极管手电的优点有节能、亮度高、灯泡不需频繁更换．
④由题目所给信息可知发光时，老式手电的灯泡灯丝温度高，灯丝容易熔断．
⑤新式手电灯泡使用寿命长，不需频繁更换，所以将灯泡焊接在电路板上．
⑥由老式手电的相关数据可知灯泡正常发光所消耗的电能：
W=UIt=4.5V×0.3A×3×3600s=14580J，
所以1节干电池所储存的电能为：=6075J．
答：一节××牌干电池所储存的电能大约是6075J．