Question

12．在探究“同一个灯泡发光时亮度与电功率的关系”的实验中，所用的实验器材有两节蓄电池，额定电压是2.5V的小灯泡（灯丝电阻约为10Ω，两端加的最大电压为额定电压的1.2倍），额定电压为2.7V的发光二极管，滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线等．
（1）小明同学用小灯泡做实验时连接的部分电路如图所示，请将实验电路连接完整．

（2）小明同学记录的实验数据如下表．

实验次数	电压U/V	电流I/A	电功率P/W	发光情况
1	3.0	0.34	1.02	较亮
2	2.5	0.30	0.75	正常发光
3	2.0	0.28	0.56	较暗

根据表中数据可得出的探究结论是：灯的实际功率越小，灯越暗．
（3）小刚同学用发光二极管做实验，发光二极管是用半导体材料制成的．实验测得发光二极管正常发光时的电流是0.02A，则该二极管的额定功率是0.054W．
（4）实验发现小灯泡与二极管均正常发光时的亮度相当．结合小明和小刚的实验数据，分析说明小灯泡和发光二极管哪个更节能？

Answer 1

分析 （1）测量灯的电功率，电流表与灯串联，由欧姆定律，求出灯的最大电流确定电流表选用的量程串联在电路中，变阻器按一上一下接入电路中；
（2）分析表中数据得出结论；
（3）发光二极管是用半导体材料制成的；由P=U′I求该二极管的额定功率；
（4）实验发现小灯泡与二极管均正常发光时的亮度相当．由小明和小刚的实验数据分析得出结论．

解答 解：（1）测量灯的电功率，电流表与灯串联，因灯的最大电压为2.5V×1.2=3V，由欧姆定律，灯的最大电流约为：
I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，故电流表选用小量程串联在电路中，变阻器按一上一下接入电路中，如下所示：

（2）分析表中数据可知，灯的实际功率越小，灯越暗；
（3）刚同学用发光二极管做实验，发光二极管是用半导体材料制成的．实验测得发光二极管正常发光时的电流是0.02A，则该二极管的额定功率是：
P=U′I=2.7×0.02A=0.054W．
（4）实验发现小灯泡与二极管均正常发光时的亮度相当，由表中数据知，灯的消耗的功率为0.75W，而二极管消耗的功率是0.054W，根据W=Pt，故二极管更节能．
故答案为：（1）如上所示；（2）灯的实际功率越小，灯越暗；（3）半导体；0.054；（4）灯的消耗的功率为0.75W，而二极管消耗的功率是0.054W，故二极管更节能．

点评 本题探究同一个灯泡发光时亮度与电功率的关系，考查电路的连接、分析数据归纳结论的能力、半导体的组成材料及功率的计算，培养学生的节能意识．