Question

在世博會上有9個展館大量運用了LED（Light Emitting Diode），LED就是發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光．如果LED 替代半數的白熾燈和熒光燈，每年可節約相當于60 億升原油的能源，相當于五個1.35×10⁶kW 核電站的發電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產生，改善人們生活居住的環境．小明同學覺得很感興趣，拆開了自己新買的LED節能手電筒，發現燈頭里有2只相同規格的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接到4.4V的電源上，用電壓表與滑動變阻器并聯，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

【答案】分析：（1）閱讀題目中的文字和表格可以發現，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點．（2）根據串并聯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，若電源電壓大于每個LED燈兩端的電壓，它們是串聯；
（3）通過圖象可以發現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，然后根據歐姆定律和串聯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．
解答：解：（1）閱讀題目中的文字和表格可以發現，LED燈和白熾燈相比有明顯的優點：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光，電能基本上不轉化成內能，幾乎全部轉化光能，因而發光效率高；所以如果LED 替代半數的白熾燈和熒光燈，每年可節約相當于60 億升原油的能源，相當于五個1.35×10⁶kW 核電站的發電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產生，改善人們生活居住的環境．故優點是：發光效率高、節能降耗，減少二氧化碳和其它溫室氣體的產生．
答：LED光源好處有：發光效率高、節能降耗，減少二氧化碳和其它溫室氣體的產生．
（2）使用電壓表串聯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，若電源電壓大于每個LED燈兩端的電壓，它們是串聯．
（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，所以串聯的滑動變阻器R兩端的電壓U=U-U_L=4.4V-3.5V=0.9V，
∴R===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．
點評：現在一些手電筒的燈泡也被LED燈所取代．LED燈是怎樣發光的？使用LED燈有什么優點？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．