Question

天翔一家計劃中考結束后到騰龍洞旅游，于是爸爸買回一種新式手電筒．它的前端有3顆發光燈，能發出耀眼的白光，老板說那是3顆并聯關系的高亮度發光二極管．想起爺爺有一個老式的手電，天翔想到：可否做一個調查，對二者作對比研究呢？結果，天翔收集到以下一些資料：
A、爺爺的手電需要三節干電池（每節電壓為1.5V）供電，更換××牌新電池后可連續正常發光3小時；采用白熾燈泡，發光時燈絲溫度很高，正常工作電流約為0.3A；燈泡使用壽命約為50小時，為方便更換，燈頭采用螺旋式．
B、爸爸的新手電使用二節干電池供電，但發光時亮度比爺爺的老手電要亮得多；更換××牌新電池后可連續發光20小時；發光二極管屬冷光源，正常發光時溫度幾乎不升高（接近室溫），所以其使用壽命極高，可達10萬小時；另外，抗震能力強，電光轉換效率（電流通過電燈時，轉化成的光能在所消耗的電能中占的百分比）高也是其顯著特征；燈泡被直接焊接在一小塊電路板上．
①爺爺的手電筒的額定工作電壓是

 

V；
②經過比較，兩種手電除開燈泡及其連接不同外，其他電路一樣，請在右邊方框內幫天翔畫出他家新買的手電的電路圖（框內已畫出了發光二極管的符號）．
③發光二極管手電有許多優點，如：抗震能力強、使用壽命高、電光轉換效率高、

 

．
④比較而言，老式手電的燈泡壽命很低，主要因為

 

．
⑤新式手電為什么將燈泡焊接在電路板上，而不采用螺旋式燈頭呢？

 

．
⑥經測量，手電筒在不能正常發光時，干電池的電能被消耗80%，計算一節××牌干電池所儲存的電能大約是多少焦耳？（寫出計算過程）

Answer 1

分析：①三節干電池串聯的電池組的電壓為各節電池電壓之和．
②三個發光二極管并聯，開關控制干路．
③由題目所給信息中可以獲得發光二極管手電的優點．
④老式手電的燈泡壽命很低，由題目所給信息可知是因為發光時燈絲溫度很高．
⑤新式手電燈泡使用壽命長，不需頻繁更換，所以將燈泡焊接在電路板上，而不采用螺旋式燈頭．
⑥已知老式手電的電源電壓和工作電流以及通電時間，根據公式W=UIt可求燈泡正常發光所消耗的電能，進一步求出一節干電池所儲存的電能．

解答：解：①三節干電池串聯后的電壓為1.5V×3=4.5V．
②開關控制干路，三個二極管并聯，注意的是二極管的正負不能接錯，因為二極管具有單向導電性．如圖：

③發光二極管手電的優點有節能、亮度高、燈泡不需頻繁更換．
④由題目所給信息可知發光時，老式手電的燈泡燈絲溫度高，燈絲容易熔斷．
⑤新式手電燈泡使用壽命長，不需頻繁更換，所以將燈泡焊接在電路板上．
⑥由老式手電的相關數據可知燈泡正常發光所消耗的電能：
W=UIt=4.5V×0.3A×3×3600s=14580J，
所以1節干電池所儲存的電能為：

14580J

3×80%

=6075J．
答：一節××牌干電池所儲存的電能大約是6075J．

點評：本題考查電功的計算和根據題意設計電路圖，關鍵是能從題目所給信息中找到有用的數據，這是本題的重點，難點是根據題意畫電路圖．