Question

8．LED二极管的应用是非常广泛的，2014年诺贝尔物理学奖被授予了日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二，以表彰他们发明了蓝色发光二极管（LED），并因此带来的新型节能光源．某同学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示．

U/V	0.0	0.40	0.80	1.20	1.60	2.00	2.40	2.80
I/mA	0.0	0.9	2.3	4.3	6.8	12.0	19.0	30.0

实验室提供了以下器材：
A．电压表（量程0-3V，内阻约20kΩ）
B．电压表（量程0-15V，内阻约100kΩ）
C．电流表（量程0-50mA，内阻约40Ω）
D．电流表（量程0-0.6A，内阻约2Ω）
E．滑动变阻器（阻值范围0-20Ω，允许最大电流2A）
F．电源（电动势6V，内阻不计）
G．开关，导线

（1）该同学做实验时，电压表选用的是A，电流表选用的是C（填选项字母）．
（2）图甲中的实物连线已经连了部分电路，请按实验要求将实物图中的连线补充完整．
（3）根据表中数据，请在图乙中的坐标纸中画出该二极管的I-U图线．
（4）若此发光二极管的最佳工作电流为15mA，现将此发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R=53Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 本题（1）根据数据表中的最大电压与最大电流来选择电压表与电流表的量程；题（2）根据待测电阻满足外接法条件可知电流表应用外接法，根据电流表从零调可知变阻器应采用分压式接法；题（3）用平滑的曲线连线即可；题（4）根据闭合电路欧姆定律列出表达式并求解即可．

解答 解：（1）根据实验数据表可知电压最大为2.8V，最大电流为30mA，所以电压表应选择A，电流表应选择C；
（2）通过估算二极管的阻值可知满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$，所以电流表应用外接法；
由于电流表从零调，所以变阻器应采用分压式接法，连线图如图所示：

（3）画出的I-U图象如图所示：

（4）根据闭合电路欧姆定律应有I=$\frac{E}{{R}_{x}^{\;}+R}$，由I-U图象可读出I=15mA时对应的电阻${R}_{x}^{\;}$=2.2V，可求出${R}_{x}^{\;}$=146.7Ω，
代入数据解得R=53Ω
故答案为：（1）A，C；（2）如图；（3）如图；（4）53

点评 应明确：①应根据电路中的最大电压与最大电流来选择电压表与电流表的量程；②当实验要求电流从零调或当变阻器的全电阻远小于待测电阻时，变阻器应采用分压式接法；③当待测电阻满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$时，电流表应用外接法，满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＜\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$时，电流表应用内接法．