Question

13．发光二极管（LED）是一种节能、环保的元器件，被广泛应用到显示器、照明等各领域．某兴趣小组为探究工作电压是“1.4～4V”、最大正向直流电源是“5～20mA”的LED管的I-U曲线，设计了如图①所示的实验电路．实验室备有以下器材：
电流表A₁：量程0～50mA，内阻约为50Ω
电流表A₂：量程0～200mA，内阻约为10Ω
电压表V：量程0～5V，内阻约为10kΩ
滑动变阻器R₁：阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A
滑动变阻器R₂：阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA
直流电源E：输出电压6V，内阻不计
开关（S）、导线若干

（1）为了提高实验结果的准确性，电流表应选择A₁；滑动变阻器
应选用R₁（以上填器材代号）．
（2）实验小组根据实验得到的数据描点绘出了如图②所示的I-U图象．根据图象，可知二极管的阻值在电压为0.8V～1.5V之间时的变化规律：先变小后变大（选填“先变小后不变”或“先变大后不变”）．
（3）发光二极管（LED）的效率η与通过二极管的电流I的关系曲线如图③所示．其中发光二极管的效率η是指辐射的全部光功率Φ与供给发光二极管的电功率比值．则发光二极管效率达最大时其电阻R_L=267Ω，辐射的光功率Φ=0.00576 W．（计算结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）由题中给出的电压及图中数据可明确电流表的选择，根据实验接法得出正确的滑动变阻器；
（2）根据图象的斜率可明确电阻的变化；
（3）由图可知达最大效率时的电流值，则可由I-U图象得出对应的电阻；再效率比可求得光功率．

解答 解：由图2可知，测量的电流值没有超过10mA；故只能选用A₁进行测量；因本实验采用分压接法，则滑动变阻器应选择小电阻；故选R₁；
（2）由图可知，图象的斜率先增大后减小，而I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数；故可知电阻先变小后变大；
（3）由图③可知，当效率达最大时，电流为6mA，由图②可知，电压为1.6V，则电阻R=$\frac{1.6}{6×1{0}^{-3}}$=267Ω；
此时效率为60%；功率P=UI=1.6×6×10^-3=9.6×10^-3W；
光功率Φ=60%P=9.6×10^-3×0.6=0.00576W；
故答案为：（1）A₁　R₁　  （2）先变小后不变； （3）267    0.00576

点评 本题考查测量伏安特性曲线的实验，要注意明确实验仪表的选择及图象的应用，要注意正确理解图象，并能由图象结合所学物理规律进行分析求解．