Question

5．2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授給天野浩、中村修二和赤崎勇三位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)明了藍(lán)色發(fā)光二極管（LED），并因此帶來的新型節(jié)能光源．額定電壓為3V的某LED等正常發(fā)光時(shí)的電阻R_x大約為600Ω，實(shí)驗(yàn)小組要更準(zhǔn)確測量R_x，除該LED燈外，可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：
電流表A（量程0～0.6A，內(nèi)阻R_A約2.0Ω）
電壓表V₁（量程0～6V，內(nèi)阻R_V1約5kΩ）
電壓表V₂（量程0～3V，內(nèi)阻R_V2=500Ω）
滑動(dòng)變阻器R（阻值0～20Ω，允許最大電流1.0A）
蓄電池E（電動(dòng)勢6V，內(nèi)阻約0.1Ω）
開關(guān)S一只、導(dǎo)線若干．

①實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的電路如圖a所示，電路中還少接了兩條導(dǎo)線，請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)充完整；
②圖a中電表甲應(yīng)選用V₂、電表乙應(yīng)選用V₁；（均選填“A”、“V₁”或“V₂”）
③若LED燈正常發(fā)光時(shí)電表甲的示數(shù)為x，電表乙的示數(shù)為y，則R_x=（$\frac{y}{x}-1$）R_V2（用上述各物理量符號(hào)表示）；
④若此LED燈的I-U圖如圖b所示，現(xiàn)將此燈與電動(dòng)勢為4.5V、內(nèi)阻不計(jì)的電池組相接，還需串聯(lián)一個(gè)阻值R₀=300Ω的電阻，才能使它正常發(fā)光．（保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 ①明確實(shí)驗(yàn)原理，分析實(shí)驗(yàn)中給出的儀表，從而明確實(shí)驗(yàn)中測量方法；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析，從而確定出應(yīng)選用的電表；
③根據(jù)電路圖進(jìn)行分析，利用串并聯(lián)電路規(guī)律以及歐姆定律即可確定表達(dá)式；
④明確電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)串并聯(lián)電路的基本規(guī)律進(jìn)行分析，從而確定應(yīng)串聯(lián)的電阻．

解答 解：①由于電流表從零調(diào)，所以變阻器應(yīng)采用分壓式接法；二極管額定電壓為3V，但如果選用3V量程的電壓表，只能選擇0.6A的電流表進(jìn)行測量，由于電壓表內(nèi)阻較小，實(shí)驗(yàn)誤差較大；所以本實(shí)驗(yàn)應(yīng)將V₂與二極管串聯(lián)，再與電壓表并聯(lián)進(jìn)行測量；故實(shí)驗(yàn)電路如圖所示；
②根據(jù)①的分析可知，甲表應(yīng)使用電壓表V₂；而乙測量電壓，應(yīng)使用電壓表V₁；
③根據(jù)歐姆定律可知，電流大小為：I=$\frac{x}{{R}_{V2}}$；由串并聯(lián)電路規(guī)律可知：R_x=$\frac{y}{I}$-R_V2=（$\frac{y}{x}-1$）R_V2；
④正常發(fā)光時(shí)二極管的電壓為3V，電流為5mA；由閉合電路歐姆定律有：
3=4.5-5×10^-3R
解得：I=300Ω
故答案為：①如圖所示；②V₂；V₁；③（$\frac{y}{x}-1$）R_V2④300

點(diǎn)評(píng) 本題考查測量燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)，要注意明確實(shí)驗(yàn)原理，注意儀表的正確選擇應(yīng)用，知道電壓表內(nèi)阻已知時(shí)可以作用電流表使作．