Question

12．晚上，小明在家里看不見電燈開關的位置，為此他設計了如圖所示的電路．當單刀雙擲開關S合向A時，照明燈滅、指示燈亮，顯示開關位置；S合向B時，照明燈亮、指示燈滅（S只能處于這兩種狀態(tài)）．他利用一個“10V 1W”的小燈泡和一段1.0×10⁴歐/米的電阻絲來組裝指示燈．
（1）為使指示燈正常發(fā)光，請在圖示方框內(nèi)完成指示燈和電阻的連接電路．
（2）按上述設計，用來制作電阻的電阻絲需多長？
（3）你認為小明的設計有什么不足？

Answer 1

分析 （1）S接a時，指示燈的額定電壓遠低于電源電壓220V，因此要串聯(lián)電阻來分擔多余的電壓．
（2）已知電阻絲的規(guī)格，要求電阻絲的長度，就必須先求出串聯(lián)電阻的阻值；
先根據(jù)指示燈的銘牌求出串聯(lián)電路的電流，再由歐姆定律解出電阻絲的阻值即可．
（3）由電路圖可知電阻絲與指示燈串聯(lián)，結(jié)構(gòu)復雜；根據(jù)焦耳定律可知指示燈電路消耗電能太多，且電阻絲發(fā)熱不但消耗電能，據(jù)此得出小明的這種設計思路不合理的原因和改進的措施．

解答 解：（1）指示燈的額定電壓是10V，所以需要將電阻與燈泡串聯(lián)進行分壓才可以，
電路圖如圖所示；

（2）由題意可知電阻需要分擔的電壓是220V-10V=210V，
串聯(lián)電路中的電流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{10V}$=0.1A，故電阻絲的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{210V}{0.1A}$=2100Ω，
所以需要電阻絲的長度L=$\frac{2100Ω}{1×1{0}^{4}Ω/m}$=0.21m；
（3）設計不足：指示燈電路消耗電能太多．（電阻絲與指示燈串聯(lián)，結(jié)構(gòu)復雜；指示燈功率太大；電阻絲發(fā)熱不但消耗電能，而且使開關發(fā)熱）；應該研制功率小而發(fā)光效率高，并能直接接在220V電源上的指示燈．（應使指示燈電路消耗電能盡可能少．
答：（1）如圖所示；（2）用來制作電阻的電阻絲需要0.21m；（3）不足：指示燈消耗的電能太多．

點評 此題是電學的小綜合題，涉及到電路設計、電能的計算、串聯(lián)分壓原理等；（3）題容易漏掉指示燈消耗的電能，是該題的易錯點．