Question

7．閱讀短文《第四代電光源-LED光源》，并回答問題
近年來，國家鼓勵(lì)使用LED燈，其發(fā)光原理與白熾燈先發(fā)熱后發(fā)光的原理截然不同，是直接把電能轉(zhuǎn)換成光能，它的主要部分是高亮度白色發(fā)光二極管，主要由硅、砷等半導(dǎo)體材料制成，具有光效高、耗電少，壽命長、易控制、免維護(hù)、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是繼白熾燈、鹵素?zé)艉凸?jié)能熒光燈后新興的第四代電光源．
利用如圖甲所示的電路可以研究發(fā)光二極管的單向?qū)щ姷奶匦�；首先把一個(gè)額定電壓為3V的LED接入電源電壓恒為4.5V的電源正極相連后接入電路，閉合開關(guān)S，LED即處于導(dǎo)通狀態(tài)，將滑動變阻器滑片從最右端向左調(diào)節(jié)，改變LED兩端的電壓和電路中電流，記錄多組相關(guān)數(shù)據(jù)并繪制出圖乙所示的圖象，然后斷開S，改變電源的正負(fù)極后再閉合，LED處于斷電狀態(tài)．
（1）LED燈主要由硅、砷等半導(dǎo)體材料制成；它之所以節(jié)能，被稱為冷光源，是因?yàn)殡姛徂D(zhuǎn)換損耗的能量較白熾燈低（高/低）；
（2）在圖甲中，閉合開關(guān)S，為使LED兩端電壓不超過3V，則滑動變阻器接入電路的最小阻值為75Ω；斷開S，改變電源的正負(fù)極后再閉合S，LED處于斷開 狀態(tài)．
（3）某個(gè)家庭原來全部用白熾燈來照明，平均每月照明用電50kW•h，現(xiàn)全部改用LED燈．相同情況下可節(jié)能約70%．已知每消耗l度電相當(dāng)于排入1.1kg的二氧化碳，則改用LED燈后，這個(gè)家庭平均每月能減排二氧化碳約38.5 kg．

Answer 1

分析 （1）發(fā)光二極管主要由硅、砷等半導(dǎo)體材料制成，具有光效高、耗電少，壽命長、易控制、免維護(hù)、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)．
（2）根據(jù)電表所測的量串聯(lián)電路的特點(diǎn)計(jì)算滑阻器接入電路的最小電阻；然后由電路圖可知LED燈與滑動變阻器串聯(lián)，根據(jù)LED的單向?qū)щ娦�，判斷電路所處的狀態(tài)；
（3）先求出全部改用LED燈后的節(jié)約的電能，再計(jì)算減少排放的二氧化碳的質(zhì)量．

解答 解：（1）由材料可知，發(fā)光二極管主要由硅、砷等半導(dǎo)體材料制成，具有光效高、耗電少，壽命長、易控制、免維護(hù)、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，所以，LED燈主要由半導(dǎo)體材料制成；
節(jié)能被稱為冷光源，是因?yàn)殡姛徂D(zhuǎn)換損耗的能量較白熾燈低；
（2）由圖甲可知，LED與變阻器R'串聯(lián)，電壓表測LED兩端電壓；
由題可知LED兩端電壓不超過3V，當(dāng)U_LED=3V時(shí)，由乙圖可知，電路中的電流I=20mA=0.02A，此時(shí)變阻器接入電路的電阻最小，
R'兩端電壓：U'=U-U_LED=4.5V-3V=1.5V，
變阻器接入電路的最小阻值：R_小=$\frac{U'}{I}$=$\frac{1.5V}{0.02A}$=75Ω；
改變電源的正負(fù)極后閉合S，由于LED具有單向?qū)щ娦�，所以LED處于斷開狀態(tài)；
（3）全部改用LED燈后節(jié)約電能△E=50kW•h×70%=35kW•h，
可減排二氧化碳的質(zhì)量：△m=△E×1kg/kW•h=35kW•h×1.1kg/kW•h=38.5kg．
故答案為：（1）半導(dǎo)體；低；（2）75；斷開；（3）38.5．

點(diǎn)評 本題考查了二極管的材料和單向?qū)щ娦浴㈦姽β实挠?jì)算，注重考查學(xué)生的獲取信息的能力及相關(guān)的計(jì)算．還告訴我們在日常生活中一定要養(yǎng)成節(jié)能的好習(xí)慣，解題過程中還要注意單位的換算．