Question

8．LED二極管的應(yīng)用是非常廣泛的，2014年諾貝爾物理學獎被授予了日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二，以表彰他們發(fā)明了藍色發(fā)光二極管（LED），并因此帶來的新型節(jié)能光源．某同學想要描繪某發(fā)光二極管的伏安特性曲線，實驗測得它兩端的電壓U和通過它的電流I的數(shù)據(jù)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

實驗室提供了以下器材：
A．電壓表（量程0-3V，內(nèi)阻約20kΩ）
B．電壓表（量程0-15V，內(nèi)阻約100kΩ）
C．電流表（量程0-50mA，內(nèi)阻約40Ω）
D．電流表（量程0-0.6A，內(nèi)阻約2Ω）
E．滑動變阻器（阻值范圍0-20Ω，允許最大電流2A）
F．電源（電動勢6V，內(nèi)阻不計）
G．開關(guān)，導(dǎo)線

（1）該同學做實驗時，電壓表選用的是A，電流表選用的是C（填選項字母）．
（2）圖甲中的實物連線已經(jīng)連了部分電路，請按實驗要求將實物圖中的連線補充完整．
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖乙中的坐標紙中畫出該二極管的I-U圖線．
（4）若此發(fā)光二極管的最佳工作電流為15mA，現(xiàn)將此發(fā)光二極管與電動勢為3V、內(nèi)阻不計的電池組相連，還需串聯(lián)一個阻值R=53Ω的電阻，才能使它工作在最佳狀態(tài)（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 本題（1）根據(jù)數(shù)據(jù)表中的最大電壓與最大電流來選擇電壓表與電流表的量程；題（2）根據(jù)待測電阻滿足外接法條件可知電流表應(yīng)用外接法，根據(jù)電流表從零調(diào)可知變阻器應(yīng)采用分壓式接法；題（3）用平滑的曲線連線即可；題（4）根據(jù)閉合電路歐姆定律列出表達式并求解即可．

解答 解：（1）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)表可知電壓最大為2.8V，最大電流為30mA，所以電壓表應(yīng)選擇A，電流表應(yīng)選擇C；
（2）通過估算二極管的阻值可知滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$，所以電流表應(yīng)用外接法；
由于電流表從零調(diào)，所以變阻器應(yīng)采用分壓式接法，連線圖如圖所示：

（3）畫出的I-U圖象如圖所示：

（4）根據(jù)閉合電路歐姆定律應(yīng)有I=$\frac{E}{{R}_{x}^{\;}+R}$，由I-U圖象可讀出I=15mA時對應(yīng)的電阻${R}_{x}^{\;}$=2.2V，可求出${R}_{x}^{\;}$=146.7Ω，
代入數(shù)據(jù)解得R=53Ω
故答案為：（1）A，C；（2）如圖；（3）如圖；（4）53

點評 應(yīng)明確：①應(yīng)根據(jù)電路中的最大電壓與最大電流來選擇電壓表與電流表的量程；②當實驗要求電流從零調(diào)或當變阻器的全電阻遠小于待測電阻時，變阻器應(yīng)采用分壓式接法；③當待測電阻滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應(yīng)用外接法，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＜\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應(yīng)用內(nèi)接法．