Question

LED灯（发光二极管）具有高亮度、低能耗的优点，LED景观照明技术使得上海世博园区的各大场馆如梦如幻，阳光谷或繁星点点，或彩虹飘舞，石油馆红橙黄绿，色彩变换无穷．某校科技活动小组参观世博会后对LED灯进行了以下研究：甲组同学利用电压表和电流表测量发光二极管LED发光时的实际功率，电源为两节干电池．

（1）请你用笔画线代替导线，按照图甲所示电路图，将图丙中的实物电路图连接完整（要求滑片向右移二极管变亮）．
（2）该同学正确地连接电路后，合上开关，发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表的示数总为3V不变，电流表的读数总为0，发生故障的原因可能是______
A．LED断路  B．LED短路   C．电压表接触不良  D．变阻器滑片接触不良
（3）清除故障后，小明将滑片P向右滑动时，电压表示数将______（填“增大”、“减小”或“不变”）．当P滑到某一位置时，两表读数如图乙所示（都选用小量程），则此时通过该电路的电流为______A，发光二极管消耗的功率为______W．
如图甲为一只LED节能灯，它是用高亮度白色发光二极管做光源．乙组同学将额定功率均为15W的普通节能灯、白炽灯和LED节能灯，依次接入同一照明电路，分别开灯10min，让温度计的玻璃泡放在距离亮灯大约2cm处，测出各自的温度．然后，把光敏电阻与电流表按图乙连成电路（该项光敏电阻的阻值与光照强度成反比），再在暗室中将这三盏灯依次接入同一照明电路，并放在光敏电阻正上方30cm处的同一位置，读出相应的电流．根据他们的实验记录完成下述问题：

（4）电能转化为内能最多的是______灯．发光亮度最大的是______灯
（5）从表中数据中看出，灯附近的温度越低，图乙电路中电流表示数就越______，这说明灯将电能转化为光能越______．

灯泡类型	温度	电流表示数
LED节能灯	32℃	80mA
白炽灯	70℃	8mA
普通节能灯	43℃	20mA

（6）15W的LED节能灯的发光亮度大约与______W普通节能灯相当．

Answer

（1）根据图甲所示电路，连接实物电路图，电流表与滑动变阻器串联接入电路，注意滑动变阻器的接法．
（2）当LED灯断路时，电路电流为零，电流表示数为零，电压表直接接在电源两端，测电源电压，示数为电源电压3V，据此分析电路故障原因．
（3）根据电路图判断滑片P向右滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值如何变化，由串联电路的特点判断电压表示数如何变化；由图乙所示电表确定电表分度值，读出电表示数，然后由电功率公式P=UI求出灯泡功率．
（4）电能转化为内能多说明在相等的时间内产生的热量多，温度变化量大，据此即可判断哪个灯电能转化为内能最多；比较亮度可以比较光照的强度，光照强度与光敏电阻的阻值有关，阻值的大小可以由电流表的示数来判定．
（5）从表中的数据直接能够读出温度与电流表示数的关系，再根据电流表示数与电阻关系，以及电阻与光照强度即可判定出电能转化成光能的关系．
（6）从上面的分析可知：亮度与电流表的示数成正比；则由表中的电流表的示数即可判定出亮度的关系．
【解析】
（1）由电路图可知，滑动变阻器接右下接线柱时，滑片向右移动，滑动变阻器接入电路电阻减小，LED灯电压变大，灯变亮，因此滑动变阻器应接右下接线柱，电流表与滑动变阻器串联接入电路，电路图如图所示；
故答案为：电路图如图所示．
（2）合上开关，无论怎样调节滑动变阻器，电压表的示数总为3V不变，电流表的读数总为0，发生故障的原因可能是：LED断路，故A正确．
故答案为：A．
（3）由电路图知，滑片P向右滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，滑动变阻器的分压减小，灯泡分压增大，电压表示数增大；由题意知，电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～3V，由图乙所示电流表可知，电流表分度值是0.02A，电流表示数是0.08A，电压表分度值是0.1V，电压表示数是2.4V，发光二极管消耗的功率P=UI=2.4V×0.08A=0.192W．
故答案为：增大；0.08；0.192．
（4）∵在相等的时间内白炽灯使温度计示数上升的最多，故温度变化的也最多；
∴电能转化为内能最多的是白炽灯．
∵电流越大的电路中的电阻越小，
又∵光敏电阻的阻值与光照强度成反比；
∴电流表示数越大的光照强度越强，
∴由表可知：发光亮度最大的是LED（LED节能灯）灯．
故答案为：白炽灯；LED节能．
（5）从表中数据可知：LED节能灯的温度最低，而且电流表示数最大；
电流表示数越大，电路电阻越小，灯泡的光照强度也越强；
因此灯附近的温度越低，图乙电路中电流表示数就越大，灯将更多的电能转化为光能．
故答案为：大；多．
（6）∵灯越亮，灯产生的热量越少，温度越低，光敏电阻阻值越大，电流表示数越小，
即：亮度与电流表的示数成正比，
∴相同功率的LED节能灯是普通节能灯光照强度的4倍，
∴15W的LED节能灯的发光亮度大约与60W普通节能灯相当．
故答案为：60．