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小明发现他家的电源插排上有多个指示灯,如图 甲所示.小明将电源插排拆开后发现,每...

小明发现他家的电源插排上有多个指示灯,如图 甲所示.小明将电源插排拆开后发现,每个指示灯实际上是一个发光二极管,每个发光二极管和一个定值电阻串联后接在220V的电源上.      他通过查阅资料得知,发光二极管的结构与普通二极管相似,由一个PN结构成,具有单向导电性.当在发光二极管上加正向电压时,发光二极管导通并发光;当加反向电压时,发光二极管截止(电阻可视为无穷大)且不发光.如果将发光二极管D和电阻R接在如图乙所示的正弦交流电路中,只有在交流电压正半周期时,发光二极管导通,在负半周期时不导通.并可以证明:若用UD表示发光二极管导通时其两端的电压,当所加的交流电压为 U 时,电阻 R上的电压为UR=manfen5.com 满分网U-UD≈0.45U-UD
实际上交流电压值是变化的,其瞬时可达到的最大值约为manfen5.com 满分网U,查表可知发光二极管正常发光时其两端的电压约为2V,通过它的电流约为l0mA,
计算时忽略发光二极管发光过程中消耗功率的变化.

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(1)为了保证发光二极管的安全,需要串联一个多大阻值的定值电阻?
(2)此时发光二极管和定值电阻消耗的总功率为多大?
(3)如果我国有一亿个家庭每天使用带有一个发光二极管指示灯的插排,每天工作24小时,那么我国每年(按365天计算)要损耗多少度电?
(4)根据此现象警示我们平时要如何节约用电?
(1)先根据题意求出电阻两端的最大电压,再根据欧姆定律和串联电路的电流特点求出定值电阻的阻值. (2)先根据题意求出此时电阻两端的电压,再根据P=求出电阻消耗的电功率,根据P=UI求出发光二极管消耗的功率,两者之和即为此时发光二极管和定值电阻消耗的总功率. (3)根据W=Pt求出求出我国每年要损耗的电能. (4)根据以上结果可知,我们可以从通电时间着手进行解答. 【解析】 (1)因电阻与二极管串联,所以通过二者的电流均为I=10mA=0.01A, 电阻两端的最大电压UR=U-UD=×220V-2V≈309V, 定值电阻的阻值R===3.09×104Ω. (2)加在电阻上的电压UR=0.45U-UD=0.45×220V-2V=97V, 电阻所消耗的功率PR==≈0.3W, 发光二极管消耗的功率PD=UDI=2×0.01W=0.02W, 所以,发光二极管和定值电阻消耗的总功率:P总=PR+PD=0.32W. (3)消耗电能:W总=P总t=108×0.32×10-3KW×365×24h=2.8×108KWh. (4)当电源插排不用时,及时关闭电源插排上的开关,或拔掉电源插头. 答:(1)为了保证发光二极管的安全,需要串联一个约3.09×104Ω的定值电阻; (2)此时发光二极管和定值电阻消耗的总功率约为0.32W; (3)我国每年约要损耗2.8×108KWh的电能; (4)当电源插排不用时,及时关闭电源插排上的开关,或拔掉电源插头.(合理即可)
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考点分析:
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(2)尽管人眼看不见黑光诱虫灯发出的“光”,但技术人员仍然不允许我们用肉眼近距离地直接观察正在正常工作的黑光诱虫灯灯管.这是为什么?
(3)通常一盏H-40型40W的黑光诱虫灯可以用来诱杀害虫的果园范围约35亩.小胖家承包有400亩果园,在果园里安装的这种黑光诱虫灯每年工作约150天,每天工作约10小时,电价按每度电0.5元计算,则每年需要为这些黑光诱虫灯交多少元电费?
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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