Question

8．在物理课外探究学习活动中，周进拆开了自己的新买的LED节能手电筒（图1），发现蜂窝状灯头里并联着3粒相同规格的LED灯泡，再与限流R串联后接在电压恒为4V蓄电池上．于是他画出该手电筒的电路图，如图2所示．

（1）小进先闭合开关S让手电筒发光，用电流表和电压表分别测出限流电阻R两端电压为0.6V，通过电流为60mA．则电阻R的阻值为10Ω，如果让手电筒发光1h，整个电路共消耗电能为864J．
（2）他又拆下其中一粒LED灯泡，用精密电表测量出一组电流、电压值，并描绘出LED灯泡的电流随电压变化如图3所示．然后将LED灯泡与滑动变阻器串联接到4.4V电源上，用电压表与滑动变阻器并联，如图4所示．
求：①当电压表示数为1.9V时，LED灯泡的电功率为多大？
②已知LED灯泡允许通过的最大电流为30mA，为了灯泡的安全，求滑动变阻器允许接入的最小阻值．

Answer 1

分析 （1）知道限流电阻R两端电压和通过的电流，利用欧姆定律求R大小；利用W=UIt求1h整个电路共消耗电能；
（2）①知道电压表示数（滑动变阻器两端的电压）、电源电压，可求LED两端的电压；由图3可知此时通过灯的电流，利用P=UI求LED灯泡的电功率；
②由图象可知若LED灯泡允许通过的最大电流30mA时灯泡两端允许接的最大电压为3.5V，然后根据欧姆定律和串联电路的特点即可求出滑动变阻器允许接入电路的最小电阻．

解答 解：（1）由欧姆定律可得限流电阻的阻值为：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.6V}{0.06A}$=10Ω；
1h整个电路共消耗电能：
W=UIt=4V×0.06A×3600s=864J；
（2）①当电压表示数为1.9V时，LED两端的电压：
U_L=U-U_P=4.4V-1.9V=2.5V，
由图3可知通过灯的电流：I=10mA=0.01A，
LED灯泡的电功率：
P_L=U_LI=2.5V×0.01A=0.025W；
②由题知，I_最大=30mA=0.03A，
由图象可知，此时灯泡两端允许接的最大电压为3.5V，又电源电压为4.4V，
所以串联的滑动变阻器两端的电压U_P最小=U-U_L最小=4.4V-3.5V=0.9V，
由欧姆定律可知滑动变阻器连入最小电阻：
R_最小=$\frac{{U}_{P最小}}{{I}_{最大}}$=$\frac{0.9V}{0.03A}$=30Ω．
故答案为：
（1）10；864；
（2）①当电压表示数为1.9V时，LED灯泡的电功率为0.025W；
②已知LED灯泡允许通过的最大电流为30mA，为了灯泡的安全，滑动变阻器允许接入的最小阻值为30Ω．

点评 现在一些手电筒的灯泡也被LED灯所取代．LED灯是怎样发光的？使用LED灯有什么优点？LED灯的电阻是否变化？等等问题，通过本题都能对LED灯有所了解，达到了应用所学物理知识解答实际问题的目的．