Question

8．在物理課外探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中，周進(jìn)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．于是他畫出該手電筒的電路圖，如圖2所示．

（1）小進(jìn)先閉合開關(guān)S讓手電筒發(fā)光，用電流表和電壓表分別測(cè)出限流電阻R兩端電壓為0.6V，通過電流為60mA．則電阻R的阻值為10Ω，如果讓手電筒發(fā)光1h，整個(gè)電路共消耗電能為864J．
（2）他又拆下其中一粒LED燈泡，用精密電表測(cè)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(dòng)變阻器串聯(lián)接到4.4V電源上，用電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，如圖4所示．
求：①當(dāng)電壓表示數(shù)為1.9V時(shí)，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(dòng)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�。焕�用W=UIt求1h整個(gè)電路共消耗電能；
（2）①知道電壓表示數(shù)（滑動(dòng)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(shí)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(shí)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(diǎn)即可求出滑動(dòng)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=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.6V}{0.06A}$=10Ω；
1h整個(gè)電路共消耗電能：
W=UIt=4V×0.06A×3600s=864J；
（2）①當(dāng)電壓表示數(shù)為1.9V時(shí)，LED兩端的電壓：
U_L=U-U_P=4.4V-1.9V=2.5V，
由圖3可知通過燈的電流：I=10mA=0.01A，
LED燈泡的電功率：
P_L=U_LI=2.5V×0.01A=0.025W；
②由題知，I_最大=30mA=0.03A，
由圖象可知，此時(shí)燈泡兩端允許接的最大電壓為3.5V，又電源電壓為4.4V，
所以串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_P最小=U-U_L最小=4.4V-3.5V=0.9V，
由歐姆定律可知滑動(dòng)變阻器連入最小電阻：
R_最小=$\frac{{U}_{P最小}}{{I}_{最大}}$=$\frac{0.9V}{0.03A}$=30Ω．
故答案為：
（1）10；864；
（2）①當(dāng)電壓表示數(shù)為1.9V時(shí)，LED燈泡的電功率為0.025W；
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(dòng)變阻器允許接入的最小阻值為30Ω．

點(diǎn)評(píng) 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(diǎn)？LED燈的電阻是否變化？等等問題，通過本題都能對(duì)LED燈有所了解，達(dá)到了應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)解答實(shí)際問題的目的．