Question

15．小伟一个科学迷，在课余时间他利用一个规格为“2.2V  0.01A”的发光二极管设计了如图甲所示的电路．晚间关闭照明灯L后，利用二极管D发出的光指示开关所在的位置．S为单刀双掷开关、R为限流电阻．

（1）关闭照明灯后，为使二极管D正常工作，限流电阻R的阻值为多少欧？此时，电路消耗的总功率为多少瓦？
（2）从安全用电考虑，该电路存在安全隐患，应将单刀双掷开关S接在照明灯L与火线间；
（3）不管照明灯关闭还是打开，该电路都要消粍电能．为节约电能，可以再接入一个光控开关（光照弱时自动闭合，光照强时自动断开），你认为应将光控开关接在图乙中a、b、c三处的b处．

Answer 1

分析 （1）二极管D正常工作时的电压和额定电压相等，根据串联电路的电压特点求出R₀两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出R的阻值，利用P=UI求出总功率；
（2）开关控制灯泡时，火线首先进入开关，然后进入灯泡，零线直接进入灯泡，这样灯泡既能工作，在灯泡损坏时，断开开关，切断火线，更换灯泡更安全；
（3）从安全用电考虑，断开开关，切断火线，更换灯泡更安全，则光控开关应接在火线和灯泡之间．

解答 解：（1）二极管D正常工作时，D与R串联，
由串联电路中总电压等于各电阻两端电压之和可知：
定值电阻R两端的电压U_R=U-U_D=220V-2.2V=217.8V，
由串联电路中各处的电流相等可知，电路中的电流I=I_D=0.01A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，定值电阻R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{217.8V}{0.01A}$=21780Ω；
总功率P=UI=220V×0.01A=2.2W；
（2）由图可知：单刀双掷开关S在照明灯L与零线之间，从安全用电考虑，开关控制灯泡时，火线首先进入开关，然后进入灯泡，所以应将单刀双掷开关S接在照明灯L与火线间；
（3）不管照明灯关闭还是打开，该电路消粍电能的是二极管D和限流电阻R．为了节约电能，光照弱时自动闭合，光照强时自动断开二极管D和限流电阻R电路，所以，光控开关应接在二极管D和限流电阻R的支路上，即b处．
答：（1）关闭照明灯后，为使二极管D正常工作，限流电阻R的阻值为21780Ω；此时，电路消耗的总功率为2.2W；
（2）火线；
（3）b．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的灵活应用，要注意用电器正常工作时的电压和额定电压相等．同时考查了灯泡和开关的连接，关键是知道两只单刀双掷开关的连接是串联和安全用电的原则．