20. LED 灯具有节能、环保、使用寿命长等特点,有一种 LED 灯发光的颜色会随电压的变化而变化,如表格所示。
| 两端的电压 $ U / V $ | 2 | 2.4 | 3.2 |
| LED 灯的颜色 | 红 | 黄 | 蓝 |

(1) 发光二极管具有性,它的主要材料是(选填“导体”“半导体”或“超导体”)。
(2) 如图 10(a)所示,将该种 LED 灯与定值电阻 $ R $ 串联,已知电源电压为 4.2 V 保持不变,$ R = 50 \Omega $。闭合开关 S,毫安表的读数为 20 mA,则此时 LED 灯发色光。

(3) 当电流从二极管“+”极端流入时,二极管对电流的阻碍作用很小,相当于一个阻值很小的电阻,我们把它称为正向电阻。图 10(b)是单只二极管的 $ I - U $ 图像,由图可知,随着电压的升高,二极管的正向电阻(选填“变大”“变小”或“不变”),当电压为 0.6 V 时,二极管的正向电阻为 $ \Omega $。
(4) 现有一盏标有“24 V 12 W”的 LED 灯,其亮度与“220 V 100 W”的白炽灯相当,则该款 LED 灯正常工作 5 h 比亮度相当的白炽灯省电 kW·h。

（1）单向导电 半导体 （2）蓝 （3）变小 120 （4）0.44

21. 如图 11 所示,有一用直流电动机提升重物的装置。已知重物质量 $ m = 50 $ kg,电源电压 $ U = 110 $ V 保持不变,电动机线圈的电阻 $ r = 4 \Omega $,电阻 $ R = 2 \Omega $,不计各处摩擦。当电动机以某一速度匀速向上提升重物时,电压表示数为 100 V。($ g = 10 $ N/kg)求:
(1) 电源的输出功率。
(2) 试从能量转化与守恒的角度,求重物上升的速度大小。

（1）电路中的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{110\ V-100\ V}{2\ \Omega}=5\ A$,$P_{出}=U'I=110\ V×5\ A=550\ W$ （2）电动机线圈的电阻$r=4\ \Omega$,$P_{热}=I^{2}r=(5\ A)^{2}×4\ \Omega=100\ W$。电阻$R=2\ \Omega$,$P_{R}=I^{2}R=(5\ A)^{2}×2\ \Omega=50\ W$。能量守恒,电动机对重物做的功的功率为:$P_{有用}=P_{出}-P_{热}-P_{R}=550\ W-100\ W-50\ W=400\ W$,匀速向上提升重物时:$F=G=mg=50\ kg×10\ N/kg=500\ N$,由$P=\frac{W}{t}=\frac{Fh}{t}=\frac{Fvt}{t}=Fv$,可得$v=\frac{P_{有用}}{F}=\frac{400\ W}{500\ N}=0.8\ m/s$

（1）电路中的电流$I = \frac{U - U_{V}}{R} = \frac{110\ V - 100\ V}{2\ \Omega} = 5\ A$，电源的输出功率$P_{出} = U I = 110\ V × 5\ A = 550\ W$。
（2）电动机线圈发热功率$P_{热} = I^{2}r = (5\ A)^{2} × 4\ \Omega = 100\ W$，电阻$R$发热功率$P_{R} = I^{2}R = (5\ A)^{2} × 2\ \Omega = 50\ W$，电动机对重物做功的功率$P_{有用} = P_{出} - P_{热} - P_{R} = 550\ W - 100\ W - 50\ W = 400\ W$，重物重力$G = mg = 50\ kg × 10\ N/kg = 500\ N$，由$P = Fv$得速度$v = \frac{P_{有用}}{G} = \frac{400\ W}{500\ N} = 0.8\ m/s$。