Question

18．在物理課外探究學習活動中，小緣拆開了自己的新買的LED節(jié)能手電筒（圖1），發(fā)現(xiàn)蜂窩狀燈頭里并聯(lián)著3粒相同規(guī)格的LED燈泡，再與限流R串聯(lián)后接在電壓恒為4V蓄電池上．于是她畫出該手電筒的電路圖，如圖2所示．

（1）小緣先閉合開關S讓手電筒發(fā)光，用電流表和電壓分別測出限流電阻R兩端電壓為0.5V，通過電流為50mA．求：
①電阻R的阻值．
②如果讓手電筒發(fā)光1h，整個電路共消耗電能．
（2）她又拆下其中一粒LED燈泡，用精密電表測量出一組電流、電壓值，并描繪出LED燈泡的電流隨電壓變化如圖3所示．然后將LED燈泡與滑動變阻器串聯(lián)接到5V電源上，用電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，如圖4所示，求：
①當電壓表示數(shù)為3V時，LED燈泡的電功率為多大？
②已知LED燈泡允許通過的最大電流為30mA，為了燈泡的安全，求滑動變阻器允許接入的最小阻值．

Answer 1

分析 （1）知道限流電阻R兩端電壓和通過的電流，利用歐姆定律求R大��；利用W=UIt求1h整個電路共消耗電能；
（2）①知道電壓表示數(shù)（滑動變阻器兩端的電壓）、電源電壓，可求LED兩端的電壓；由圖3可知此時通過燈的電流，利用P=UI求LED燈泡的電功率；
②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．

解答 解：（1）由歐姆定律可得限流電阻的阻值為：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5V}{50×1{0}^{-3}A}$=10Ω；
1h整個電路共消耗電能：
W=UIt=4V×50×10^-3A×3600s=720J；
（2）①在圖4中，LED燈泡與滑動變阻器串聯(lián)接到5V電源上，電壓表測滑動變阻器的電壓，
當電壓表示數(shù)為3V時，LED兩端的電壓：
U_L=U-U_P=5V-3V=2V，
由圖3可知通過燈的電流：I=5mA=0.005A，
LED燈泡的電功率：
P_L=U_LI=2×0.005A=0.01W；
②由題知，I_最大=30mA=0.03A，
由圖象可知，此時燈泡兩端允許接的最大電壓為3.5V，又電源電壓為5V，
所以串聯(lián)的滑動變阻器兩端的電壓U_最小=U-U_L最小=5V-3.5V=1.5V，
由歐姆定律可知滑動變阻器連入最小電阻：
R_最小=$\frac{{U}_{最小}}{{I}_{最大}}$=$\frac{1.5V}{0.03A}$=50Ω．
答：（1）①電阻R的阻值為10Ω；
②如果讓手電筒發(fā)光1h，整個電路共消耗電能為720J；
（2）①當電壓表示數(shù)為3V時，LED燈泡的電功率為0.01W；
②已知LED燈泡允許通過的最大電流為30mA，為了燈泡的安全，滑動變阻器允許接入的最小阻值為50Ω．

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．