Question

小明设计了一个研究标有“2.5V　 20mA”的LED发光二极管特性的实验．他用滑动变阻器改变LED发光二极管两端的电压，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，二极管两端的电压变大．实验中，用电压表和电流表测得LED发光二极管两端的电压U和通过它的电流I，并记录在表中：

U/V	0	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0		2.6	2.8	3.0
I/mA	0	2.0	4.0	6.0	8.0	12.0	16.0	24.0	32.0	42.0

请回答下列问题：

（1）表中有一处电压的数据空白，请将图甲中电压表的示数填写在空白处：
（2）请你用笔画线代替导线，将图乙中的电路连接完整：
（3）已知该LED发光二极管的最佳工作电压为2.5V，现用5V稳定电源供电，为使二极管工作在最佳状态，滑动变阻器接入电路的电阻为________Ω．
（4）请在图丙上用描点法画出LED发光二极管的电流随电压变化的曲线：
（5）通过分析电流随电压变化的曲线，你认为通过二极管的电流I与其两端的电压U________正比（填“成”或“不成”），原因可能是________．

Answer 1

解：（1）电压表使用的0～3V量程，每一个大格代表1V，每一个小格代表0.1V，电压为2.2V．
（2）二极管的额定电压是2.5V，额定电流是20mA，所以电压表选择0～3V量程，电流表选择0～50mA量程；滑动变阻器左移时，二极管两端的电压变大，滑动变阻器两端电压变小，滑动变阻器接入电路的电阻变小，所以滑动变阻器接入左下面接线柱．实物图的连接如图．

（3）电源电压是5V，当二极管两端电压是2.5V，所以滑动变阻器两端电压：U=U_总-U_L=5V-2.5V=2.5V．
二极管两端电压是2.5V时，电流是20mA，所以此时滑动变阻器电阻是：R===125Ω．
（4）在图上描出（0，0）（0.4，2.0）（0.8，4.0）（1.2，6.0）（1.6，8.0）（2.0，12.0）（2.2，16.0）（2.6，24.0）（2.8，32.0）（3.0，42.0）各点，用光滑的曲线连接起来．如图．

（5）如图，电流和电压不是正比函数图象，电流跟电压不成正比，其原因是二极管的电压增大时，二极管的温度升高，电阻变大．
故答案为：（1）2.2；（2）如上图；（3）125；（4）如上图；（5）不成；二极管电阻随温度变化而变化．
分析：（1）电压表的读数：确定使用的量程，确定每一个大格和每一个小格各代表多少．
（2）根据二极管的额定电压和额定电流选择电压表和电流表的量程；电压表与二极管并联测二极管电压；电流表与二极管串联测二极管电流．注意电压表和电流表的正负接线柱．
滑动变阻器有4个接线柱，选择一上一下串联在电路中，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，二极管两端的电压变大，滑动变阻器两端电压变小，由此确定滑动变阻器接入的下面接线柱．
（3）滑动变阻器和二极管是串联的，知道电源电压和二极管两端的电压，求出滑动变阻器两端的电压，知道电路的电流，求出此时滑动变阻器接入电路的电阻．
（4）在图上描出电流和电压的对应点，用光滑的曲线连接起来．
（5）两个物理量成正比时，两个物理量之间一定是正比函数图象．
导体的电阻跟导体的长度、横截面积、材料有关，有的还跟导体的温度有关．
点评：（1）用数学描点法描绘图象，体现了学科间的整合．
（2）此题涉及到电压表读数、欧姆定律的计算、连接实物图、电阻受温度的影响、函数图象等，综合性很强，给解题带来很大的难度．