Question

2010上海世博會給廣大的參觀者帶來了很多新科技的體驗，有亞克力桿、噴霧降溫、觸摸屏、LED發光二極管等，請通過閱讀以下材料并回答相應的問題．
（1）2010上海世博會英國館是由6萬根透明亞克力桿組成--這些桿的頂端都帶有一個細小的彩色光源．白天，亞克力桿會將室外的光線導入來提供內部照明，從而營造出敞亮的空間感，到了晚上頂端的光源又使整個展館散發出璀璨迷人的光影．如圖1所示．請簡述亞克力桿如何將光線從外界傳導到館內；
（2）2010上海世博會期間，氣溫較高的世博園區內許多區域都安裝了噴霧降溫裝置，噴霧裝置采用物理的方式，以水為原料，利用高壓，將其以較高的速度輸送到噴嘴，撞擊噴嘴中的撞針后形成直徑4微米左右的霧滴．請簡述噴霧降溫的原理；
（3）電阻式觸摸屏將矩形區域中觸摸點（X，Y）的物理位置轉換為代表X坐標和Y坐標的電壓．電阻式觸摸屏有兩層電阻，當未在觸摸屏上施力時，兩層電阻不接觸．當有物體在觸摸屏表面施以一定的壓力時，上層電阻與下層電阻發生接觸，該結構可以等效為如圖2（a）所示的電路．此時在Y+、Y-之間加驅動電壓，測量X+電壓，如圖2（b）所示；然后在X+、X-之間加驅動電壓，測量Y+電壓，如圖2（c）所示．利用兩次測得的電壓值可獲得接觸點的坐標．
現在有一塊長10厘米，寬6厘米的手機觸摸屏，以其中心為原點建立坐標軸，則觸點坐標X方向的范圍是[-3厘米，3厘米]，Y方向的范圍是[-5厘米，5厘米]．觸摸屏的驅動電壓為5伏．一位同學用筆按在屏上某點，當Y+電極施加驅動電壓時，測得X+電極的電壓為3.2伏；當X+電極施加驅動電壓時，測得Y+電極的電壓為1.5伏．請通過計算判斷筆按在觸摸屏上位置的坐標．
（4）2010年上海世博會大量使用LED發光二極管．小明設計了一個研究LED發光二極管特性的實驗，他采用滑動變阻器改變阻值的方法，用電壓表和電流表測LED發光二極管兩端的電壓U_D和通過它的電流I，得到一組數據記錄，如下表中所示：

UD/V	0	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0		2.6	2.8	3.0
I/mA	0	0.9	2.3	4.3	6.8	13.0	15.8	24.0	28.2	37.0

請回答下列問題：
①數據表中有一電壓表的數據空白，根據圖3電壓表的示數完成填寫空白；
②用筆畫線表示導線，在下圖4中連接實驗器材畫出小明實驗的實物圖；
③在I-U圖5上用描點法畫出LED發光二極管的伏安特性曲線；
④已知該LED發光二極管的最佳工作電壓為2.5伏，現用5伏穩壓電源供電，需要串聯一個電阻R才能使二極管工作在最佳狀態，試在I-U圖上畫出R的圖線．

Answer 1

（1）亞克力桿的折射率比空氣的折射率大，入射光在桿內通過多次全反射，從一端傳入室內．
（2）噴霧降溫主要是利用了以下幾點：
①水滴在變成4微米的霧滴的過程中，表面積增大了，易于水分子與外界交換熱量，易于蒸發．
②水滴的體積變小了，質量變輕，易于隨空氣對流，被風帶走，帶走熱量．
（3）串聯電路中電阻越大分得的電壓越大，且電阻分布是均勻的．
觸點到Y-的距離為：

3.2

5

×10cm=6.4cm，
則Y坐標為6.4cm-5cm=1.4cm，
觸點到X-的距離為：

1.5

5

×cm=1.8cm，
則X坐標為1.8cm-3cm=-1.2cm，
因此觸點的坐標為（-1.2cm 1.4cm）；
（4）②電壓電流要從0測起，所以滑動變阻器應該用分壓式；二極管的電阻更接近電流表的內阻，電流表應該用外接法，如圖；

①③根據表中數據，在圖上描出各點，用光滑的曲線連接起來，如下圖綠線所示；
由圖象可知，當通過二極管的電流為15.8mA時，兩端的電壓為2.2V；
④根據U-I圖線，當二極管的工作電壓為2.5V時，工作電流約為22mA，串聯電阻上分到電壓應為2.5V，
故應串聯的電阻為：R=

U

I

=

2.5V

22×10-3A

≈113.6Ω，
電阻R的伏安特征圖線如下圖黑線所示：

答：（1）亞克力桿的折射率比空氣的折射率大，入射光在桿內通過多次全反射，從一端傳入室內；
（2）噴霧降溫主要是利用了以下幾點：
①水滴在變成4微米的霧滴的過程中，表面積增大了，易于水分子與外界交換熱量，易于蒸發；
②水滴的體積變小了，質量變輕，易于隨空氣對流，被風帶走，帶走熱量；
（3）觸點的坐標為（-1.2cm 1.4cm）；
（4）①2.2；
②實物圖如上圖所示；
③LED發光二極管的伏安特性曲線如上圖綠線所示；
④I-U圖上R的圖線如上圖黑線所示．