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第九届“明日科技之星”综合能力测试


第九届“明日科技之星”综合能力测试题(工程与物理)高中组 第一部分(75 分)
说明: 台灯是日常生活、 学习与工作中常用的照明灯具。 台灯的发光源有多种类型, 除了传统的白炽灯泡和荧光灯管外, 近年来 LED 光源由于具有高效节能及使用寿 命等诸多有点应用日渐广泛。 本题要求利用所提供的材料设计与制作一台具有照明、 开关和亮度调控功能 的 LED 台灯,并对灯具造型及开关的结构、功能进行创意。 提供材料: 每人:剪刀一把、尖嘴钳一把、美工刀一把、白光 LED 四个(注:长脚为 LED 正极),五号电池两节,电池盒一个,卡纸一张、泡沫塑料材料一块、条状 塑料杆及松木条各一根、单面及双面胶带若干、薄铜片,细导线,细铁丝,铝箔, 纱线,小螺丝,大头针等。 公用:电烙铁,焊锡丝。

一、 制作(30 分)
利用所提供的材料并根据题目要求完成 LED 台灯及开关的设计与制作。 在设 计与制作时应考虑:台灯的基本结构与造型;开关结构(拨动式、旋转式、按键 式、推拉式等均可);LED 电路联接及亮度调控方式。 要求:能实现 LED 台灯照明,能通过开关实现对 LED 台灯“开”,“关”及 对亮度的两级调控; 开关设计体现结构的合理性与使用的便利性;作品能体现你 的设计思想,以及造型上的艺术美感,并与你所写的设计报告相吻合。

二、写出设计报告(20 分)
设计报告应叙述清晰、结构完整、简明扼要,需包括: 1、基本原理及设计思想 2、画出开关的结构设计图 3、回答问题:小功率 LED 的工作电压约 2.3-3.5 伏,电流约 10-80 毫安。若台 灯的电源由两节 5 号电池提供,使用 4 个 LED,并要求可实现对台灯亮度的两级 调控,请画出 LED 台灯的电路联接图 4、作品特色和优缺点分析

三、进一步的创意和想法(25 分)
1、请说明你所制作的 LED 台灯还可以作哪些进一步的改进,以使其照明效 率更高,使用更方便。请给出改进方案及图纸,并说明基本原理。

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2、 请说明对 LED 台灯的亮度调控方法有哪几种 (可参考第二部分图 a,b) ? 你设计采用的是什么方式?其特点是什么?

第二部分(25 分)
1、荧光灯比传统的白炽灯的发光效率提高了约 5 倍,而 LED 光源的发光效率比 荧光灯更高,因此已成为新一代照明光源,并将产生巨大的节能效益。请举出 4 例你所知道的使用 LED 照明的应用实例。 2、现代家庭及办公照明已使用荧光灯(节能灯)。由于荧光灯管内含有微量金 属汞(水银),而随意丢弃废旧荧光灯管会导致汞对环境的严重污染和对人体健 康的严重危害。 试说明汞的污染特点及对人体伤害的后果,并提出我们该如何应 对这个问题。 3、 图 a 为小功率的 LED 正向电流与正向电压关系,图 b 为光照度与电功率关系。 试依据光照度及电功率最优化原则,选定 LED 的正向电压及电流值,并在图 a 和图 b 中标。

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