Question

在世博會(huì)上有9個(gè)展館大量運(yùn)用了LED（Light Emitting Diode），LED就是發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光．如果LED 替代半數(shù)的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于60 億升原油的能源，相當(dāng)于五個(gè)1.35×10⁶kW 核電站的發(fā)電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生，改善人們生活居住的環(huán)境．小明同學(xué)覺得很感興趣，拆開了自己新買的LED節(jié)能手電筒，發(fā)現(xiàn)燈頭里有2只相同規(guī)格的LED燈泡．
（1）你認(rèn)為L(zhǎng)ED光源有什么好處？
（2）請(qǐng)你幫小明判斷一下2只LED燈泡是怎樣連接的？寫出判斷方法．
（3）小明拆下其中一只LED燈泡，用精密電表測(cè)出幾組電流、電壓值，并描繪出該燈泡的電流隨電壓變化圖線，此LED燈泡的電流與電壓的關(guān)系是否符合歐姆定律？為什么？
（4）小明將這只LED燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接到4.4V的電源上，用電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，若LED燈泡允許通過的最大電流30mA，為了燈泡的安全，求滑動(dòng)變阻器允許接入電路的最小電阻以及此時(shí)電源的總功率．

Answer 1

解：（1）閱讀題目中的文字和表格可以發(fā)現(xiàn)，LED燈和白熾燈相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)：在光照強(qiáng)度相同的情況下，LED燈不必要達(dá)到很高的溫度就能發(fā)光，電能基本上不轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，幾乎全部轉(zhuǎn)化光能，因而發(fā)光效率高；所以如果LED 替代半數(shù)的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于60 億升原油的能源，相當(dāng)于五個(gè)1.35×10⁶kW 核電站的發(fā)電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生，改善人們生活居住的環(huán)境．故優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)光效率高、節(jié)能降耗，減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生．
答：LED光源好處有：發(fā)光效率高、節(jié)能降耗，減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生．
（2）使用電壓表串聯(lián)電源電壓和任意一個(gè)LED燈兩端的電壓，然后比較即可；
若電源電壓與每個(gè)LED燈兩端的電壓相等，則是并聯(lián)，若電源電壓大于每個(gè)LED燈兩端的電壓，它們是串聯(lián)．
（3）由圖象中的I-U的圖線可知，不是一條直線，即電阻是變化的，但電流的大小在不同的電壓下仍然與當(dāng)時(shí)的阻值成反比，歐姆定律仍然符合，只是當(dāng)導(dǎo)體中有電流通過時(shí)，導(dǎo)體都要發(fā)熱，且電流越大，溫度越高．LED導(dǎo)體的溫度越高，導(dǎo)體的電阻就越小．
答：符合；只是LED導(dǎo)體溫度的變化，使導(dǎo)體的電阻發(fā)生了變化．
（4）由圖象可知若LED燈泡允許通過的最大電流30mA時(shí)燈泡兩端允許接的最大電壓為3.5V，又電源電壓為4.4V，所以串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器R₀兩端的電壓U₀=U-U_L=4.4V-3.5V=0.9V，
∴R₀===30Ω，
∴P=UI_L=4.4V×0.03A=0.132W．
答：滑動(dòng)變阻器允許接入電路的最小電阻為30Ω，此時(shí)電源的總功率為0.132W．
分析：（1）閱讀題目中的文字和表格可以發(fā)現(xiàn)，LED燈電壓低，功率小，響應(yīng)時(shí)間短，故可從以上幾點(diǎn)進(jìn)行分析其優(yōu)點(diǎn)．（2）根據(jù)串并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)分析，電源電壓與每個(gè)LED燈兩端的電壓相等，則是并聯(lián)，若電源電壓大于每個(gè)LED燈兩端的電壓，它們是串聯(lián)；
（3）通過圖象可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體的電阻是變化的，導(dǎo)體電阻的決定因素有：導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度四個(gè)因素．因此從導(dǎo)體的決定因素入手來分析此題．
（4）由圖象可知若LED燈泡允許通過的最大電流30mA時(shí)燈泡兩端允許接的最大電壓為3.5V，然后根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)即可求出滑動(dòng)變阻器允許接入電路的最小電阻和電源的總功率．
點(diǎn)評(píng)：現(xiàn)在一些手電筒的燈泡也被LED燈所取代．LED燈是怎樣發(fā)光的？使用LED燈有什么優(yōu)點(diǎn)？LED燈的電阻是否變化？等等問題，通過本題都能對(duì)LED燈有所了解，達(dá)到了應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)解答實(shí)際問題的目的．