Question

5．2014年诺贝尔物理学奖授给天野浩、中村修二和赤崎勇三位科学家，以表彰他们发明了蓝色发光二极管（LED），并因此带来的新型节能光源．额定电压为3V的某LED等正常发光时的电阻R_x大约为600Ω，实验小组要更准确测量R_x，除该LED灯外，可供选择的实验器材有：
电流表A（量程0～0.6A，内阻R_A约2.0Ω）
电压表V₁（量程0～6V，内阻R_V1约5kΩ）
电压表V₂（量程0～3V，内阻R_V2=500Ω）
滑动变阻器R（阻值0～20Ω，允许最大电流1.0A）
蓄电池E（电动势6V，内阻约0.1Ω）
开关S一只、导线若干．

①实验小组设计的电路如图a所示，电路中还少接了两条导线，请在图中补充完整；
②图a中电表甲应选用V₂、电表乙应选用V₁；（均选填“A”、“V₁”或“V₂”）
③若LED灯正常发光时电表甲的示数为x，电表乙的示数为y，则R_x=（$\frac{y}{x}-1$）R_V2（用上述各物理量符号表示）；
④若此LED灯的I-U图如图b所示，现将此灯与电动势为4.5V、内阻不计的电池组相接，还需串联一个阻值R₀=300Ω的电阻，才能使它正常发光．（保留3位有效数字）

Answer 1

分析 ①明确实验原理，分析实验中给出的仪表，从而明确实验中测量方法；
②根据实验原理进行分析，从而确定出应选用的电表；
③根据电路图进行分析，利用串并联电路规律以及欧姆定律即可确定表达式；
④明确电路结构，根据串并联电路的基本规律进行分析，从而确定应串联的电阻．

解答 解：①由于电流表从零调，所以变阻器应采用分压式接法；二极管额定电压为3V，但如果选用3V量程的电压表，只能选择0.6A的电流表进行测量，由于电压表内阻较小，实验误差较大；所以本实验应将V₂与二极管串联，再与电压表并联进行测量；故实验电路如图所示；
②根据①的分析可知，甲表应使用电压表V₂；而乙测量电压，应使用电压表V₁；
③根据欧姆定律可知，电流大小为：I=$\frac{x}{{R}_{V2}}$；由串并联电路规律可知：R_x=$\frac{y}{I}$-R_V2=（$\frac{y}{x}-1$）R_V2；
④正常发光时二极管的电压为3V，电流为5mA；由闭合电路欧姆定律有：
3=4.5-5×10^-3R
解得：I=300Ω
故答案为：①如图所示；②V₂；V₁；③（$\frac{y}{x}-1$）R_V2④300

点评 本题考查测量灯泡伏安特性曲线的实验，要注意明确实验原理，注意仪表的正确选择应用，知道电压表内阻已知时可以作用电流表使作．