Question

【題目】LED（發光二極管簡稱LED）是人類繼愛迪生發明白熾燈之后最偉大的發明之一，它是一種新型節能、環保的光源產品．如圖甲是一種常見的LED手電筒，發光元件由5個發光二極管并聯組成，每個發光二極管的額定電流為30mA，它的能量是由可反復充電使用的電池提供，且LED燈發光的顏色會隨電壓的變化而變化，如表格所示．

兩端的電壓/V	2	2.4	3.2
LED燈的顏色	紅	黃	藍

請回答下列問題：
（1）這種LED手電筒正常工作時的總電流為多少？
（2）圖乙是一個LED與50Ω的定值電阻R串聯，已知電源電壓為4.2V保持不變，閉合開關S，毫安表（為讀數更精確的電流表）的讀數為20mA，通過計算說明此時LED燈發出什么顏色的光？
（3）若圖乙中，閉合開關S，R的實際功率為0.08W，求此時LED燈通電10min消耗的電能是多少焦耳？

Answer 1

【答案】
（1）因5個發光二極管并聯，且并聯電路中干路電流等于各支路電流之和，

所以，LED手電筒正常工作時的總電流：

I總=30mA×5=150mA=0.15A

答：這種LED手電筒正常工作時的總電流為0.15A

（2）一個LED與50Ω的定值電阻R串聯，由I= 可得，定值電阻R兩端的電壓：

UR=IR=20×10﹣3A×50Ω=1V，

因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，

所以，LED燈兩端的電壓：

ULED=U﹣UR=4.2V﹣1V=3.2V，

由表格數據可知，此時LED燈發出藍顏色的光

答：此時LED燈發出藍顏色的光

（3）當電阻R的電功率為0.08W時，由P=I2R可得，電路中的電流：

I′= = =0.04A，

電阻R兩端的電壓：UR′=I′R=0.04A×50Ω=2V，

LED燈兩端的電壓：ULED′=U﹣UR′=4.2V﹣2V=2.2V，

LED燈通電10min消耗的電能：W=ULED′I′t=2.2V×0.04A×10×60s=52.8J．

答：此時LED燈通電10min消耗的電能是52.8J

【解析】（1）知道發光二極管正常工作時的額定電流，根據并聯電路的電流特點求出5個并聯后的總電流；（2）一個LED與50Ω的定值電阻R串聯，知道電路中的電流，根據歐姆定律求出定值電阻兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點求出燈泡兩端的電壓，然后由表格信息得出LED燈發光的顏色；（3）根據P=I2R求出電阻R的電功率為0.08W時電路中的電流，根據歐姆定律求出電阻R兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點求出LED燈兩端的電壓，根據W=UIt求出LED燈通電10min消耗的電能．
【考點精析】關于本題考查的歐姆定律及其應用和電功的計算，需要了解歐姆定律的應用： ① 同一個電阻，阻值不變，與電流和電壓無關 但加在這個電阻兩端的電壓增大時，通過的電流也增大．（R=U/I） ② 當電壓不變時，電阻越大，則通過的電流就越小．（I=U/R） ③ 當電流一定時，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR）；電功計算公式：W=UIt（式中單位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）才能得出正確答案．