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(2005?河東區二模)發光二極管是一種應用廣范的電子器件,可做指示燈、裝飾燈等.它的電路圖符號如圖甲所示.正常使用時“+”的一端接高電勢,“-”一端接低電勢.某同學用實驗的方法測得它兩端的電壓U和通過它的電流I的關系數據如下表:
U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0
I/mA 0 0.4 0.9 1.5 2.3 3.2 4.3 5.4 6.8 9.3 12 15 19 24 30 37
(1)在圖乙中的方框中畫出該同學的實驗電路圖(實驗用電壓表內阻RV約為10kΩ,電流表內阻RA約為100Ω,滑動變阻器,開關,電源,導線)
(2)在方格紙上用描點法畫出I-U圖線
(3)若發光二極管最佳工作電壓為2.0V,而電源是由內阻不計、電動勢為3V的干電池,根據畫出的伏安特性曲線上的信息分析,應該串聯一個阻值多大的電阻后與電源接成閉合電路,才能使二極管工作在最佳狀態?
分析:(1)由表格數據可知,該實驗中電壓從零開始變化,故應采用滑動變阻器分壓接法,根據二極管電阻與電表內阻關系確定電流表的接法,然后作出電路圖;
(2)根據表中實驗數據在坐標系中描出對應的點,然后作出圖象;
(3)由圖象可得出二極管的電流,由串聯電路的電壓規律可得出串聯電阻兩端的電壓,由歐姆定律可得出串聯的電阻.
解答:解:(1)根據表中實驗數據,由歐姆定律分析表格中的每一組數據,可以看出發光二極管的電阻是變化的,變化的范圍大約在100Ω~500Ω之間.故電流表的內阻對測量影響較大,利用電流表外接法誤差小.而測量數據應從0開始,滑動變阻器應采用分壓式接法,電路圖如圖所示;
(2)應用描點法作圖,根據表中實驗數據描點,然后作出圖象,圖象如圖所示;
(3)由U-I圖線可知,當二極管的工作電壓為2.0V時,工作電流約為12mA,由串聯電路的特點知,串聯電阻上分到電壓應為1.0V,故得應串的電阻為:R=
U
I
=
1
12×10-3
Ω=83Ω.(81Ω-86Ω均可)
故答案為:(1)電路圖如圖所示;(2)I-U圖象如圖所示;(3)83Ω.
點評:確定滑動變阻器與電流表的接法是正確作出電路圖的關鍵,要掌握應用圖象處理問題的方法;對于非線性元件,要注意應用圖象求出其工作電壓和電流; 同時對于實驗題要注意電學規律的正確應用.
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