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综合运用·融合
阅读下列短文，回答问题。
LED照明
为节能减排，生活中的照明灯逐步由白炽灯替换为LED灯。图甲为某款家用LED吸顶灯，其结构主要由12颗额定电压为3 V的发光二极管组成的灯带和LED驱动器组成。发光二极管主要由硅、砷等材料制成，具有光效高、寿命长、无闪烁等优点，还具有单向导电性，图乙是发光二极管的元件实物及符号，当电流从它的正极流入时，它处于通路状态，反之则处于断路状态。
把图甲灯带中的一颗发光二极管接入图丙电路，调节滑动变阻器的滑片，记录多组电压、电流数据，描绘出如图丁所示的I-U图像。LED驱动器的输入端直接接入家庭电路，输出端连接灯带。驱动器会根据发光二极管的接入个数和连接方式，智能调控“恒流”输出值或“恒压”输出值模式，以确保每个二极管都正常发光。图甲吸顶灯配置的LED驱动器参数如表所示，其中驱动效率指其输出功率和输入功率的比值。
(1)发光二极管主要由
(2)分析图丙、丁，下列判断正确的是
A. 二极管的电阻随两端电压的增大而增大
B. 二极管的电功率随两端电压的增大而减小
C. 图丙中闭合S，滑片P左移，电压表示数增大
D. 图丙中对调电源正、负极再闭合S，电压表示数为0
(3)经测试一间教室中20盏白炽灯全部打开，照明1 min，标有“1 200 imp/(kW·h)”的电能表指示灯闪烁16次。现将其全部更换成该款吸顶灯，平均每天照明10 h，求一间教室平均每月（按30天计）能节省的电能。
阅读下列短文，回答问题。
LED照明
为节能减排，生活中的照明灯逐步由白炽灯替换为LED灯。图甲为某款家用LED吸顶灯，其结构主要由12颗额定电压为3 V的发光二极管组成的灯带和LED驱动器组成。发光二极管主要由硅、砷等材料制成，具有光效高、寿命长、无闪烁等优点，还具有单向导电性，图乙是发光二极管的元件实物及符号，当电流从它的正极流入时，它处于通路状态，反之则处于断路状态。
把图甲灯带中的一颗发光二极管接入图丙电路，调节滑动变阻器的滑片，记录多组电压、电流数据，描绘出如图丁所示的I-U图像。LED驱动器的输入端直接接入家庭电路，输出端连接灯带。驱动器会根据发光二极管的接入个数和连接方式，智能调控“恒流”输出值或“恒压”输出值模式，以确保每个二极管都正常发光。图甲吸顶灯配置的LED驱动器参数如表所示，其中驱动效率指其输出功率和输入功率的比值。
(1)发光二极管主要由
半导体
（选填“导体”“半导体”或“超导体”）材料制成。(2)分析图丙、丁，下列判断正确的是
C
（填选项字母）。A. 二极管的电阻随两端电压的增大而增大
B. 二极管的电功率随两端电压的增大而减小
C. 图丙中闭合S，滑片P左移，电压表示数增大
D. 图丙中对调电源正、负极再闭合S，电压表示数为0
(3)经测试一间教室中20盏白炽灯全部打开，照明1 min，标有“1 200 imp/(kW·h)”的电能表指示灯闪烁16次。现将其全部更换成该款吸顶灯，平均每天照明10 h，求一间教室平均每月（按30天计）能节省的电能。
答案
(1)半导体
(2)C
(3)$192\ \mathrm{kW· h}$
【解析】(1)发光二极管主要由半导体材料制成。
(2)由题图丁可知，当$U_1=2.5\ \mathrm{V}$时，通过二极管的电流$I_1=50\ \mathrm{mA}=0.05\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律可知，此时二极管的电阻$R_1=\frac{U_1}{I_1}=\frac{2.5\ \mathrm{V}}{0.05\ \mathrm{A}}=50\ \Omega$，此时二极管的电功率$P_1=U_1I_1=2.5\ \mathrm{V}×0.05\ \mathrm{A}=0.125\ \mathrm{W}$；当$U_2=3\ \mathrm{V}$时，通过二极管的电流$I_2=200\ \mathrm{mA}=0.2\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律可知，此时二极管的电阻$R_2=\frac{U_2}{I_2}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=15\ \Omega$，此时二极管的电功率$P_2=U_2I_2=3\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}=0.6\ \mathrm{W}$，A、B错误。由题图丙可知，二极管和滑动变阻器串联，滑动变阻器滑片向左移，接入电路的阻值变小，根据串联电路的分压特点可知，滑动变阻器两端的电压减小，二极管两端的电压增大，C正确。根据二极管的单向导电性可知，题图丙中对调电源正负极再闭合S，电路处于断路状态，电路中没有电流，电压表测量电源电压，电压表示数不为0，D错误。
(3)$1\ 200\ \mathrm{imp/(kW· h)}$表示电路中用电器每消耗$1\ \mathrm{kW· h}$电能，电能表的指示灯闪烁1 200次，电能表指示灯闪烁了16次，则20盏白炽灯消耗的电能$W=\frac{16}{1\ 200}\ \mathrm{kW· h}=\frac{4}{300}\ \mathrm{kW· h}$，20盏白炽灯的总功率$P_{\mathrm{白炽灯}}=\frac{W}{t}=\frac{\frac{4}{300}\ \mathrm{kW· h}}{\frac{1}{60}\ \mathrm{h}}=0.8\ \mathrm{kW}$，一间教室中20盏白炽灯平均每月消耗的电能$W_{\mathrm{白炽灯}}=P_{\mathrm{白炽灯}}t'=0.8\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}×30=240\ \mathrm{kW· h}$。现将其全部更换成该款吸顶灯，平均每月消耗的电能$W_{\mathrm{LED}}=P_{\mathrm{输入}}t'=8×10^{-3}\ \mathrm{kW}×20×10\ \mathrm{h}×30=48\ \mathrm{kW· h}$，一间教室平均每月（按30天计）能节省的电能$\Delta W=W_{\mathrm{白炽灯}}-W_{\mathrm{LED}}=240\ \mathrm{kW· h}-48\ \mathrm{kW· h}=192\ \mathrm{kW· h}$。
(2)C
(3)$192\ \mathrm{kW· h}$
【解析】(1)发光二极管主要由半导体材料制成。
(2)由题图丁可知，当$U_1=2.5\ \mathrm{V}$时，通过二极管的电流$I_1=50\ \mathrm{mA}=0.05\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律可知，此时二极管的电阻$R_1=\frac{U_1}{I_1}=\frac{2.5\ \mathrm{V}}{0.05\ \mathrm{A}}=50\ \Omega$，此时二极管的电功率$P_1=U_1I_1=2.5\ \mathrm{V}×0.05\ \mathrm{A}=0.125\ \mathrm{W}$；当$U_2=3\ \mathrm{V}$时，通过二极管的电流$I_2=200\ \mathrm{mA}=0.2\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律可知，此时二极管的电阻$R_2=\frac{U_2}{I_2}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=15\ \Omega$，此时二极管的电功率$P_2=U_2I_2=3\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}=0.6\ \mathrm{W}$，A、B错误。由题图丙可知，二极管和滑动变阻器串联，滑动变阻器滑片向左移，接入电路的阻值变小，根据串联电路的分压特点可知，滑动变阻器两端的电压减小，二极管两端的电压增大，C正确。根据二极管的单向导电性可知，题图丙中对调电源正负极再闭合S，电路处于断路状态，电路中没有电流，电压表测量电源电压，电压表示数不为0，D错误。
(3)$1\ 200\ \mathrm{imp/(kW· h)}$表示电路中用电器每消耗$1\ \mathrm{kW· h}$电能，电能表的指示灯闪烁1 200次，电能表指示灯闪烁了16次，则20盏白炽灯消耗的电能$W=\frac{16}{1\ 200}\ \mathrm{kW· h}=\frac{4}{300}\ \mathrm{kW· h}$，20盏白炽灯的总功率$P_{\mathrm{白炽灯}}=\frac{W}{t}=\frac{\frac{4}{300}\ \mathrm{kW· h}}{\frac{1}{60}\ \mathrm{h}}=0.8\ \mathrm{kW}$，一间教室中20盏白炽灯平均每月消耗的电能$W_{\mathrm{白炽灯}}=P_{\mathrm{白炽灯}}t'=0.8\ \mathrm{kW}×10\ \mathrm{h}×30=240\ \mathrm{kW· h}$。现将其全部更换成该款吸顶灯，平均每月消耗的电能$W_{\mathrm{LED}}=P_{\mathrm{输入}}t'=8×10^{-3}\ \mathrm{kW}×20×10\ \mathrm{h}×30=48\ \mathrm{kW· h}$，一间教室平均每月（按30天计）能节省的电能$\Delta W=W_{\mathrm{白炽灯}}-W_{\mathrm{LED}}=240\ \mathrm{kW· h}-48\ \mathrm{kW· h}=192\ \mathrm{kW· h}$。
解析
【分析】
本题包含三个小问题：(1)考查发光二极管的材料属性，属于基础常识类题目；(2)需结合I-U图像分析二极管的电阻、电功率变化，结合串联电路分压特点和二极管单向导电性判断选项；(3)利用电能表参数计算白炽灯总功率，再计算LED灯功率，最终求出每月节省的电能，需掌握电能、电功率的计算方法，整体侧重知识的综合应用。
【解析】
(1)发光二极管主要由半导体材料制成，故填半导体。
(2)由图丁可知，当U₁=2.5V时，I₁=50mA=0.05A，二极管电阻R₁=U₁/I₁=2.5V/0.05A=50Ω，电功率P₁=U₁I₁=0.125W；当U₂=3V时，I₂=200mA=0.2A，电阻R₂=U₂/I₂=15Ω，电功率P₂=0.6W，可见电压增大时电阻减小、功率增大，A、B错误。图丙中二极管与滑动变阻器串联，滑片左移，滑动变阻器接入阻值变小，分压减小，二极管两端电压增大，电压表示数增大，C正确；二极管具有单向导电性，对调电源正负极后电路断路，电压表测电源电压，示数不为0，D错误，故选C。
(3)电能表参数1200imp/(kW·h)表示每消耗1kW·h电能，指示灯闪烁1200次，闪烁16次时，20盏白炽灯消耗的电能W=16/1200 kW·h=4/300 kW·h，时间t=1min=1/60 h，白炽灯总功率P白=W/t=(4/300 kW·h)/(1/60 h)=0.8kW。每月照明时间t'=10h×30=300h，白炽灯每月耗电W白=0.8kW×300h=240kW·h。LED灯每盏功率为8×10⁻³kW，20盏每月耗电WLED=8×10⁻³kW×20×300h=48kW·h，节省的电能ΔW=240kW·h-48kW·h=192kW·h。
【答案】
(1)半导体；(2)C；(3)192 kW·h
【知识点】
半导体的应用、欧姆定律、电能与电功率计算
【点评】
本题结合生活中的LED照明场景，综合考查了半导体材料、电路分析、电能电功率计算等知识点，注重知识的实际应用，需要学生具备图像分析和计算能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题包含三个小问题：(1)考查发光二极管的材料属性，属于基础常识类题目；(2)需结合I-U图像分析二极管的电阻、电功率变化，结合串联电路分压特点和二极管单向导电性判断选项；(3)利用电能表参数计算白炽灯总功率，再计算LED灯功率，最终求出每月节省的电能，需掌握电能、电功率的计算方法，整体侧重知识的综合应用。
【解析】
(1)发光二极管主要由半导体材料制成，故填半导体。
(2)由图丁可知，当U₁=2.5V时，I₁=50mA=0.05A，二极管电阻R₁=U₁/I₁=2.5V/0.05A=50Ω，电功率P₁=U₁I₁=0.125W；当U₂=3V时，I₂=200mA=0.2A，电阻R₂=U₂/I₂=15Ω，电功率P₂=0.6W，可见电压增大时电阻减小、功率增大，A、B错误。图丙中二极管与滑动变阻器串联，滑片左移，滑动变阻器接入阻值变小，分压减小，二极管两端电压增大，电压表示数增大，C正确；二极管具有单向导电性，对调电源正负极后电路断路，电压表测电源电压，示数不为0，D错误，故选C。
(3)电能表参数1200imp/(kW·h)表示每消耗1kW·h电能，指示灯闪烁1200次，闪烁16次时，20盏白炽灯消耗的电能W=16/1200 kW·h=4/300 kW·h，时间t=1min=1/60 h，白炽灯总功率P白=W/t=(4/300 kW·h)/(1/60 h)=0.8kW。每月照明时间t'=10h×30=300h，白炽灯每月耗电W白=0.8kW×300h=240kW·h。LED灯每盏功率为8×10⁻³kW，20盏每月耗电WLED=8×10⁻³kW×20×300h=48kW·h，节省的电能ΔW=240kW·h-48kW·h=192kW·h。
【答案】
(1)半导体；(2)C；(3)192 kW·h
【知识点】
半导体的应用、欧姆定律、电能与电功率计算
【点评】
本题结合生活中的LED照明场景，综合考查了半导体材料、电路分析、电能电功率计算等知识点，注重知识的实际应用，需要学生具备图像分析和计算能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
