Question

7．阅读短文《第四代电光源-LED光源》，并回答问题
近年来，国家鼓励使用LED灯，其发光原理与白炽灯先发热后发光的原理截然不同，是直接把电能转换成光能，它的主要部分是高亮度白色发光二极管，主要由硅、砷等半导体材料制成，具有光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点，是继白炽灯、卤素灯和节能荧光灯后新兴的第四代电光源．
利用如图甲所示的电路可以研究发光二极管的单向导电的特性；首先把一个额定电压为3V的LED接入电源电压恒为4.5V的电源正极相连后接入电路，闭合开关S，LED即处于导通状态，将滑动变阻器滑片从最右端向左调节，改变LED两端的电压和电路中电流，记录多组相关数据并绘制出图乙所示的图象，然后断开S，改变电源的正负极后再闭合，LED处于断电状态．
（1）LED灯主要由硅、砷等半导体材料制成；它之所以节能，被称为冷光源，是因为电热转换损耗的能量较白炽灯低（高/低）；
（2）在图甲中，闭合开关S，为使LED两端电压不超过3V，则滑动变阻器接入电路的最小阻值为75Ω；断开S，改变电源的正负极后再闭合S，LED处于断开 状态．
（3）某个家庭原来全部用白炽灯来照明，平均每月照明用电50kW•h，现全部改用LED灯．相同情况下可节能约70%．已知每消耗l度电相当于排入1.1kg的二氧化碳，则改用LED灯后，这个家庭平均每月能减排二氧化碳约38.5 kg．

Answer 1

分析 （1）发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，具有光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点．
（2）根据电表所测的量串联电路的特点计算滑阻器接入电路的最小电阻；然后由电路图可知LED灯与滑动变阻器串联，根据LED的单向导电性，判断电路所处的状态；
（3）先求出全部改用LED灯后的节约的电能，再计算减少排放的二氧化碳的质量．

解答 解：（1）由材料可知，发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，具有光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点，所以，LED灯主要由半导体材料制成；
节能被称为冷光源，是因为电热转换损耗的能量较白炽灯低；
（2）由图甲可知，LED与变阻器R'串联，电压表测LED两端电压；
由题可知LED两端电压不超过3V，当U_LED=3V时，由乙图可知，电路中的电流I=20mA=0.02A，此时变阻器接入电路的电阻最小，
R'两端电压：U'=U-U_LED=4.5V-3V=1.5V，
变阻器接入电路的最小阻值：R_小=$\frac{U'}{I}$=$\frac{1.5V}{0.02A}$=75Ω；
改变电源的正负极后闭合S，由于LED具有单向导电性，所以LED处于断开状态；
（3）全部改用LED灯后节约电能△E=50kW•h×70%=35kW•h，
可减排二氧化碳的质量：△m=△E×1kg/kW•h=35kW•h×1.1kg/kW•h=38.5kg．
故答案为：（1）半导体；低；（2）75；断开；（3）38.5．

点评 本题考查了二极管的材料和单向导电性、电功率的计算，注重考查学生的获取信息的能力及相关的计算．还告诉我们在日常生活中一定要养成节能的好习惯，解题过程中还要注意单位的换算．