小明發(fā)現(xiàn)他家的電源插排上有多個指示燈,如圖 甲所示.小明將電源插排拆開后發(fā)現(xiàn),每個指示燈實際上是一個發(fā)光二極管,每個發(fā)光二極管和一個定值電阻串聯(lián)后接在220V的電源上.他通過查閱資料得知,發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管相似,由一個PN結(jié)構(gòu)成,具有單向?qū)щ娦裕斣诎l(fā)光二極管上加正向電壓時,發(fā)光二極管導通并發(fā)光;當加反向電壓時,發(fā)光二極管截止(電阻可視為無窮大)且不發(fā)光.如果將發(fā)光二極管D和電阻R接在如圖乙所示的正弦交流電路中,只有在交流電壓正半周期時,發(fā)光二極管導通,在負半周期時不導通.并可以證明:若用UD表示發(fā)光二極管導通時其兩端的電壓,當所加的交流電壓為U時,電阻R上的電壓為UR=
2
π
U-UD≈0.45U-UD,實際上交流電壓值是變化的,其瞬時可達到的最大值約為
2
U,查表可知發(fā)光二極管正常發(fā)光時其兩端的電壓約為2V,通過它的電流約為l0mA,計算時忽略發(fā)光二極管發(fā)光過程中消耗功率的變化.

(1)為了保證發(fā)光二極管的安全,需要串聯(lián)一個多大阻值的定值電阻?
(2)此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為多大?
(3)如果我國有一億個家庭每天使用帶有一個發(fā)光二極管指示燈的插排,每天工作24小時,那么我國每年(按365天計算)要損耗多少度電?
(4)根據(jù)此現(xiàn)象警示我們平時要如何節(jié)約用電?
分析:(1)先根據(jù)題意求出電阻兩端的最大電壓,再根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的電流特點求出定值電阻的阻值.
(2)先根據(jù)題意求出此時電阻兩端的電壓,再根據(jù)P=
U2
R
求出電阻消耗的電功率,根據(jù)P=UI求出發(fā)光二極管消耗的功率,兩者之和即為此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率.
(3)根據(jù)W=Pt求出求出我國每年要損耗的電能.
(4)根據(jù)以上結(jié)果可知,我們可以從通電時間著手進行解答.
解答:解:(1)因電阻與二極管串聯(lián),所以通過二者的電流均為I=10mA=0.01A,
電阻兩端的最大電壓:
UR=
2
U-UD=
2
×220V-2V≈309V,
定值電阻的阻值:
R=
UR
I
=
309V
0.01A
=3.09×104Ω.
(2)加在電阻上的電壓:
UR=0.45U-UD=0.45×220V-2V=97V,
電阻所消耗的功率:
PR=
U
2
R
R
=
(97V)2
3.09×104Ω
≈0.3W,
發(fā)光二極管消耗的功率:
PD=UDI=2V×0.01A=0.02W,
所以,發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率:
P=PR+PD=0.32W.
(3)消耗電能:
W=Pt=108×0.32×10-3kW×365×24h=2.8×108kW?h.
(4)當電源插排不用時,及時關(guān)閉電源插排上的開關(guān),或拔掉電源插頭.
答:(1)為了保證發(fā)光二極管的安全,需要串聯(lián)一個約3.09×104Ω的定值電阻;
(2)此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率約為0.32W;
(3)我國每年約要損耗2.8×108kW?h的電能;
(4)當電源插排不用時,及時關(guān)閉電源插排上的開關(guān),或拔掉電源插頭.(合理即可)
點評:本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的靈活應(yīng)用,關(guān)鍵是利用好題中隱含的條件.
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實際上交流電壓值是變化的,其瞬時可達到的最大值約為數(shù)學公式U,查表可知發(fā)光二極管正常發(fā)光時其兩端的電壓約為2V,通過它的電流約為l0mA,
計算時忽略發(fā)光二極管發(fā)光過程中消耗功率的變化.


(1)為了保證發(fā)光二極管的安全,需要串聯(lián)一個多大阻值的定值電阻?
(2)此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為多大?
(3)如果我國有一億個家庭每天使用帶有一個發(fā)光二極管指示燈的插排,每天工作24小時,那么我國每年(按365天計算)要損耗多少度電?
(4)根據(jù)此現(xiàn)象警示我們平時要如何節(jié)約用電?

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科目:初中物理 來源:2010年第二十屆全國初中應(yīng)用物理競賽初賽試卷(解析版) 題型:解答題

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實際上交流電壓值是變化的,其瞬時可達到的最大值約為U,查表可知發(fā)光二極管正常發(fā)光時其兩端的電壓約為2V,通過它的電流約為l0mA,
計算時忽略發(fā)光二極管發(fā)光過程中消耗功率的變化.


(1)為了保證發(fā)光二極管的安全,需要串聯(lián)一個多大阻值的定值電阻?
(2)此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為多大?
(3)如果我國有一億個家庭每天使用帶有一個發(fā)光二極管指示燈的插排,每天工作24小時,那么我國每年(按365天計算)要損耗多少度電?
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他通過查閱資料得知,發(fā)光二極管的站構(gòu)與普通二極管相似,由一個PN結(jié)構(gòu)成,具有單向?qū)щ娦浴.斣诎l(fā)光二極管上加正向電壓時,發(fā)光二極管導通并發(fā)光;當加反向電壓時,發(fā)光二極管截止(電阻可視為無窮大)且不發(fā)光。如果將發(fā)光二極管D和電阻R接在如圖14乙所示的正弦交流電路中,只有在交流電壓正半周期時,發(fā)光二極管導通,在負半周期時不導通。并可以證明:若用UD表示發(fā)光二極管導通時其兩端的電壓,當所加的交流電壓為U時,電阻R上的電壓為,實際上交流電壓值是變化的,其瞬時可達到的最大值約為     。    

查表可知發(fā)光二極管正常發(fā)光時其兩端的電壓約為2V,通過它的電流約為l0mA,

計算時忽略發(fā)光二極管發(fā)光過程中消耗功率的變化。

(1)為了保證發(fā)光二極管的安全叩需要串聯(lián)一個多大阻值的定值電阻?

(2)此時發(fā)光二極管和定值電阻消耗的總功率為多大?

(3)如果我國有一億個家庭每天使用帶有一個發(fā)光二極管指示燈的插排?每天工作24小時,那么我國每年(按365天計算)要損耗多少度電?

(4)根據(jù)此現(xiàn)象警示我們平時要如何節(jié)約用電?

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