Question

在世博会上有9个展馆大量运用了LED（Light Emitting Diode），LED就是发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光．如果LED 替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60 亿升原油的能源，相当于五个1.35×10⁶kW 核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境．小明同学觉得很感兴趣，拆开了自己新买的LED节能手电筒，发现灯头里有2只相同规格的LED灯泡．
（1）你认为LED光源有什么好处？
（2）请你帮小明判断一下2只LED灯泡是怎样连接的？写出判断方法．
（3）小明拆下其中一只LED灯泡，用精密电表测出几组电流、电压值，并描绘出该灯泡的电流随电压变化图线，此LED灯泡的电流与电压的关系是否符合欧姆定律？为什么？
（4）小明将这只LED灯泡和滑动变阻器串联接到4.4V的电源上，用电压表与滑动变阻器并联，若LED灯泡允许通过的最大电流30mA，为了灯泡的安全，求滑动变阻器允许接入电路的最小电阻以及此时电源的总功率． 

Answer 1

【答案】分析：（1）阅读题目中的文字和表格可以发现，LED灯电压低，功率小，响应时间短，故可从以上几点进行分析其优点．（2）根据串并联电路的电压特点分析，电源电压与每个LED灯两端的电压相等，则是并联，若电源电压大于每个LED灯两端的电压，它们是串联；
（3）通过图象可以发现导体的电阻是变化的，导体电阻的决定因素有：导体的材料、长度、横截面积、温度四个因素．因此从导体的决定因素入手来分析此题．
（4）由图象可知若LED灯泡允许通过的最大电流30mA时灯泡两端允许接的最大电压为3.5V，然后根据欧姆定律和串联电路的特点即可求出滑动变阻器允许接入电路的最小电阻和电源的总功率．
解答：解：（1）阅读题目中的文字和表格可以发现，LED灯和白炽灯相比有明显的优点：在光照强度相同的情况下，LED灯不必要达到很高的温度就能发光，电能基本上不转化成内能，几乎全部转化光能，因而发光效率高；所以如果LED 替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60 亿升原油的能源，相当于五个1.35×10⁶kW 核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境．故优点是：发光效率高、节能降耗，减少二氧化碳和其它温室气体的产生．
答：LED光源好处有：发光效率高、节能降耗，减少二氧化碳和其它温室气体的产生．
（2）使用电压表串联电源电压和任意一个LED灯两端的电压，然后比较即可；
若电源电压与每个LED灯两端的电压相等，则是并联，若电源电压大于每个LED灯两端的电压，它们是串联．
（3）由图象中的I-U的图线可知，不是一条直线，即电阻是变化的，但电流的大小在不同的电压下仍然与当时的阻值成反比，欧姆定律仍然符合，只是当导体中有电流通过时，导体都要发热，且电流越大，温度越高．LED导体的温度越高，导体的电阻就越小．
答：符合；只是LED导体温度的变化，使导体的电阻发生了变化．
（4）由图象可知若LED灯泡允许通过的最大电流30mA时灯泡两端允许接的最大电压为3.5V，又电源电压为4.4V，所以串联的滑动变阻器R两端的电压U=U-U_L=4.4V-3.5V=0.9V，
∴R===30Ω，
∴P=UI_L=4.4V×0.03A=0.132W．
答：滑动变阻器允许接入电路的最小电阻为30Ω，此时电源的总功率为0.132W．
点评：现在一些手电筒的灯泡也被LED灯所取代．LED灯是怎样发光的？使用LED灯有什么优点？LED灯的电阻是否变化？等等问题，通过本题都能对LED灯有所了解，达到了应用所学物理知识解答实际问题的目的．