Question

在世博會上有9個展館大量運用了LED（Light Emitting Diode），LED就是發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，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)約相當于60 億升原油的能源，相當于五個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）你認為LED光源有什么好處？
（2）請你幫小明判斷一下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燈泡和滑動變阻器串聯(lián)接到4.4V的電源上，用電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，若LED燈泡允許通過的最大電流30mA，為了燈泡的安全，求滑動變阻器允許接入電路的最小電阻以及此時電源的總功率．

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：在光照強度相同的情況下，LED燈不必要達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)約相當于60 億升原油的能源，相當于五個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LED燈兩端的電壓，然后比較即可；
若電源電壓與每個LED燈兩端的電壓相等，則是并聯(lián)，若電源電壓大于每個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時的阻值成反比，歐姆定律仍然符合，只是當導體中有電流通過時，導體都要發(fā)熱，且電流越大，溫度越高．LED導體的溫度越高，導體的電阻就越小．
答：符合；只是LED導體溫度的變化，使導體的電阻發(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：滑動變阻器允許接入電路的最小電阻為30Ω，此時電源的總功率為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，響應時間短，故可從以上幾點進行分析其優(yōu)點．（2）根據(jù)串并聯(lián)電路的電壓特點分析，電源電壓與每個LED燈兩端的電壓相等，則是并聯(lián)，若電源電壓大于每個LED燈兩端的電壓，它們是串聯(lián)；
（3）通過圖象可以發(fā)現(xiàn)導體的電阻是變化的，導體電阻的決定因素有：導體的材料、長度、橫截面積、溫度四個因素．因此從導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)電路的特點即可求出滑動變阻器允許接入電路的最小電阻和電源的總功率．
點評：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？LED燈的電阻是否變化？等等問題，通過本題都能對LED燈有所了解，達到了應用所學物理知識解答實際問題的目的．