Question

5．2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予兩名日本科學(xué)家和一名美籍日裔科學(xué)家，以表彰他們發(fā)明了藍(lán)色發(fā)光二極管（LED），并因此帶來了新型節(jié)能光源．某實(shí)驗(yàn)小組要測(cè)定當(dāng)電壓為3V時(shí)LED燈正常工作時(shí)的電阻，已知該燈正常工作時(shí)電阻大約為300Ω，電學(xué)符號(hào)與小燈泡電學(xué)符號(hào)相同．
實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：
A．電流表A₁（量程為15mA，內(nèi)阻R_A1約為10Ω）
B．電流表A₂（量程為2mA，內(nèi)阻R_A2=20Ω）
C．定值電阻R₁=10Ω
D．定值電阻R₂=1980Ω
E．滑動(dòng)變阻器R（0～20Ω）
F．電壓表V（量程為15V，內(nèi)阻R_V約3kΩ）
G．直流電源E（電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻很�。�
H．開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干
（1）要完成實(shí)驗(yàn)，除了直流電源（G）、滑動(dòng)變阻器（E）、開關(guān)導(dǎo)線（H）以外，還需要的器材是ABD（填寫器材前的字母編號(hào)）
（2）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖
（3）寫出測(cè)量LED燈正常工作時(shí)的電阻表達(dá)式R_x=$\frac{{{I_2}（{R_2}+{R_{A2}}）}}{{{I_1}-{I_2}}}$，并說明式中題目未給出物理量的意義：I₁、I₂分別為電流表A₁、A₂的讀數(shù)．

Answer 1

分析 滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于LED的電阻，所以滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法．LED燈的額定電壓為3V，題目所給的電壓表量程太大，測(cè)量不準(zhǔn)確，需通過電流表和定值電阻改裝為電壓表，因?yàn)橥ㄟ^LED的電流較小，可以用題目中的電壓表當(dāng)電流表使用．根據(jù)閉合電路歐姆定律求出LED正常工作時(shí)的電阻，根據(jù)歐姆定律得出LED電壓為3V時(shí)，電流表的電流．

解答 解：（1）要精確測(cè)定額定電壓為3V的LED燈正常工作時(shí)的電阻，需測(cè)量LED燈兩端的電壓和通過LED燈的電流，由于電壓表的量程偏大，測(cè)量誤差較大，不能用已知的電壓表測(cè)量LED兩端的電壓，可以將電流表A₂與定值電阻R₂串聯(lián)改裝為電壓表測(cè)量電壓；
LED燈正常工作時(shí)的電流大約在6mA左右，故電流表選A；
因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于LED的電阻，所以滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法．滑動(dòng)變阻器選擇小電阻；故選：D；
（2）根據(jù)（1）的分析可知，應(yīng)采用分壓接法，電流表采用外接法；原理圖如下；
（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律知，燈泡兩端的電壓U=I₂（R+R_A2），通過燈泡的電流I=I₁-I₂，所以LED燈正常工作時(shí)的電阻R_X=$\frac{U}{I}$=$\frac{{{I_2}（{R_2}+{R_{A2}}）}}{{{I_1}-{I_2}}}$；
I₁、I₂分別為電流表A₁、A₂的讀數(shù)
故答案為：（1）ABD
（2）如圖

（3）$\frac{{{I_2}（{R_2}+{R_{A2}}）}}{{{I_1}-{I_2}}}$，I₁、I₂分別為電流表A₁、A₂的讀數(shù)

點(diǎn)評(píng) 本題的難點(diǎn)在于電流表的量程偏小，無法測(cè)電流，電壓表的量程偏大，測(cè)量電壓偏大，最后需通過改裝，用電流表測(cè)電壓，電壓表測(cè)電流．