【正文】 最后感謝一直陪伴我的同學(xué)和室友，四年里大家對(duì)我的包容一直深深的感動(dòng)著我，盡管我不是善于言辭的人，但我將永遠(yuǎn)記得大家?guī)Ыo我的溫暖與快 樂，在寫論文的期間，大家也給了我很多意見和建議，論文的完成也離不開大家的功勞。 首先我要感謝我的指導(dǎo)老師 XXX 老師 ， 在選題、定題、收集資料的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，老師都給我提供了很大的幫助，也讓我節(jié)省了不少時(shí)間。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 參考文獻(xiàn) [1]房海明 ,肖旭華 .21 世紀(jì)的新光源 [J].新經(jīng)濟(jì) ,2020,08:3235. [2]孫紹伍 ,郭赫 ,孫立勇 . LED 在物理演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 [J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) ,2020,03:106110. [3]王新安 .白熾燈的工作特性及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 [J].天中學(xué)刊 。本文研究的主題是 發(fā)光二極管 在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，將 LED 與傳統(tǒng)光源進(jìn)行了對(duì)比，并得出了 其 優(yōu)于傳統(tǒng)光源的許多特性。 LED 的應(yīng)用 使 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 變得 十分 直觀， 學(xué)生 能 更好地 認(rèn)識(shí) 和理解實(shí)驗(yàn)， 不但 可以 激 發(fā) 學(xué)生 探索 問題 的 興趣 ， 而且 便于學(xué)生 對(duì) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 和 結(jié)果 的 分析 與 總結(jié) ， 在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了 顯著的成 果 。如果需要 增大光強(qiáng) ，可 選取 大功率 LED，但為了給 LED 發(fā)光陣列提供 充足 的能量，需要在信號(hào)發(fā)生器輸出端 增加 一個(gè)功率放大電路。 再將其接至低頻信號(hào)發(fā)生器的 輸出端。 圖 LED 頻閃儀 由于 發(fā)光 二極管 響應(yīng)速度 迅速 ，因此常用作頻閃光源。由于發(fā)光二極管存在門限電壓，聲音在傳播的湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 過 程中會(huì)有一定的失真，但這并不影響我們對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。為了使發(fā)光二極管能在較小音樂電平時(shí)導(dǎo)通 ， 以減小聲音的失真 ， 首先需將音樂卡的輸出端接入放大器，使聲音信號(hào)放大 ， 連接時(shí)注 意要找準(zhǔn) LED 的正負(fù)極。近年來，隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷更新?lián)Q代， LED 除了在光學(xué)和電磁學(xué)中廣泛的應(yīng)用外，在其他實(shí)驗(yàn)中也逐漸發(fā)揮其獨(dú)特的作 用。 如果 電容 C 漏電或短路 ， 則 在充電時(shí) 兩個(gè)發(fā)光二極管 D1與 D2會(huì)交替亮暗。 圖 電容充放電演示裝置 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 裝置中使用了兩個(gè)反向并聯(lián)的 LED—— D1 和 D2，其中 D1 取 紅色 ， D2 取 綠色。將磁鐵快速拔出線圈時(shí)， D2亮 ， D1 不 亮 ，說明線圈中的磁通量又發(fā)生了改變，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向如圖中 I2所示 [13]。 圖 電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)連接圖 由于 LED 具有 單向?qū)щ娦院桶l(fā)光特性， 因此 可將實(shí)驗(yàn) 裝置 改進(jìn)成圖 所示。 LED 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 置于 變化磁 場(chǎng) 中的導(dǎo)體， 會(huì) 因?yàn)?磁通量的 不斷 改變 而 形成 電動(dòng)勢(shì) ，這種現(xiàn)象 就是 人們常說的 電磁感應(yīng)現(xiàn)象。其中 D1， D2是 一對(duì)反向并聯(lián)的發(fā)光二極管， D1取 紅色， D2取 綠色。 合上 開關(guān)K 后 ， 小燈泡 A2 立即就亮了 ， 而 A1 則是 慢慢 變亮 ， 最 終 達(dá)到與 A2 一樣 的亮度。 LED 不僅可以作為光學(xué)器件，在電學(xué)實(shí)驗(yàn) 里 的 運(yùn)用實(shí)例 也 數(shù)不勝數(shù) 。 圖 電路連接原理圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 實(shí)驗(yàn)中我們 采用 的 發(fā)光二極管 半主光束角 不大于 3176。 分光計(jì)讀數(shù)照明 在 做 “光柵衍射” 演示 實(shí)驗(yàn) 時(shí) ， 因?yàn)槭?讀數(shù)照明燈影響 較大 ， 光學(xué)暗室 內(nèi)背景光變得過亮 ， 在觀察汞燈的二級(jí)譜線時(shí) ， 由于 光譜線處于 背景 光中 難以區(qū)分，因此 想要精準(zhǔn)地確定 光譜的坐 標(biāo)十分困難 ， 個(gè)別儀器甚至 不能分辨出 二級(jí) 光譜。 使用 LED 代替 HeNe激光來再現(xiàn)物體時(shí)，其效果與在 HeNe 激光下的效果 如出一轍 ，如圖 所示。全息圖 可以 記載物體的全部光信息，包括物體每一處的振幅 與相位；全息圖中每個(gè)位置 都包含了物體的 具體 信息，因此全息底片的每 個(gè)角度 都能觀察到與 實(shí)物 十分相似的立體 影像 。解 決該問題的方案是用一個(gè)半徑為 5 厘米的高亮度紅色 LED 來取代屏幕照明，并對(duì)該 LED 進(jìn)行一定的 改裝 ，在 LED 的頂 部 5 毫米處橫向 切 割 環(huán)氧樹脂 外殼 ，如圖 所示，然后 用砂紙打 磨切割 面使之 平滑 。圖 和圖 分別為自準(zhǔn)法和物距像距法的實(shí)驗(yàn)圖。 LED 光源在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 由于 LED 光源有著亮度高，單色性好 以及光色均勻 等優(yōu)點(diǎn)， 因 此 在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常 把 LED 作為 光源。 本章小結(jié) 和 傳統(tǒng)光源相比， LED 光源的優(yōu)點(diǎn)有如此之多，但 LED 光源的使用 范圍 仍然十分狹窄，要想讓 LED 光源的應(yīng)用更加廣泛，使用更加普及，必須在技 術(shù)不斷提高的同時(shí)，適當(dāng)降低產(chǎn)品價(jià)格，這樣才能被廣大消費(fèi)者接受。圖 LED與幾種傳統(tǒng)光源發(fā)光效率的對(duì)比，表 LED光源的參數(shù)對(duì)比。從 實(shí)質(zhì) 上 來說 ，鹵鎢燈也是白熾燈的一種，受燈絲 高溫的 影響 ，它的輻射 絕大多數(shù)位于 近紅外 波段 ，光效不可能 達(dá)到 很高， 燈 絲在高溫下的蒸發(fā)，也限制了它的 使用 壽命， 當(dāng) 前鹵鎢燈的光效和 使用 壽命僅略高于白熾燈 [9]。 其次是現(xiàn)在最常用的熒光燈， 從 二十 世紀(jì) 三十 年代通用電氣公司對(duì)熒光 燈改進(jìn)以來，熒光燈的發(fā)光效率、使用壽命等 多 項(xiàng) 性能 都有了較大 提升 。 首先將人類 社會(huì) 最 早用到 的電光源 —— 白熾燈與 LED光源做一下對(duì)比。 LED 在早期的應(yīng)用局限于 一般 的儀器 顯示 燈 和 各種家 用 電 器 的電源 顯示 燈，現(xiàn)在已經(jīng)被 普遍 用于家 用 照明、汽車尾燈、交通信號(hào)和景觀 裝飾 等， 以及現(xiàn)在 不斷 普及的 道路 照明和 LED背光光源等， 在 二三十年的時(shí)間 里 ，其快速的發(fā)展是 眾所周知 的 。圖 為 LED 用于顯示的具體例子。根據(jù) 官方推測(cè) ， 到 本 世紀(jì) 中葉 全球?qū)⒂瓉硪訪ED 為 主導(dǎo) 的嶄新的照明 革命 。 圖 LED 發(fā)光原理圖 LED 的應(yīng)用及其發(fā)展前景 自上個(gè)世紀(jì) 90年代以來， LED產(chǎn)業(yè)在全世界范圍內(nèi)飛速建立并持續(xù)發(fā)展。 平衡狀態(tài) 下 的 PN 結(jié)存在一定的勢(shì)壘 區(qū)域 ， 形成圖 所示的注入發(fā)光能帶。 ： LED 的零件都是由無毒材料制成，不像汞燈等其他傳統(tǒng)光源含有重金屬，對(duì)環(huán)境影響幾乎為零；同時(shí) LED 能夠 循環(huán) 再利用，處理的 花費(fèi) 較低 。 容易開發(fā)成為各種精致的點(diǎn)、線、面型應(yīng)用產(chǎn)品 。本節(jié)主要 對(duì) LED 光源的特性和工作原理 做了簡(jiǎn)要說明 ，并對(duì)其應(yīng)用前景 進(jìn)行了展望 。照明光源是一種文化，是一段悠久的歷史，它蘊(yùn)含著人類文明不斷前進(jìn)的動(dòng)力，凝聚著人類美好的理想和無窮的智慧 。放電時(shí)，燈 管內(nèi)部氣壓大于 兆帕。 在 玻殼內(nèi)充滿了氬氖惰性 氣體。在通電時(shí)，陰極發(fā)熱產(chǎn)生并釋放出自由電子，電子打在燈管內(nèi)自由移動(dòng)的汞原子上，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)移，汞原子 吸收電子的能量后，釋放出紫外線并被 熒光粉充分 吸收 即可產(chǎn)生肉眼能夠看見的 光 。熒光燈的結(jié)構(gòu)如圖 所示。由于玻殼尺寸小，硬度高，加之工作 時(shí) 溫度較高，燈內(nèi)的工作氣壓 往往 比普通白熾湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 燈要大很多。鹵鎢燈的發(fā)明很好 地 改善了這一現(xiàn)象，它是在 玻殼內(nèi)充入六價(jià)元素氟、氯或溴 等鹵族元素，使它們 和 附著在燈內(nèi)壁 的鎢反應(yīng) 生成 鹵化物。 燈頭 ： 連接燈座和接通電源的金屬 器 件，同玻殼粘結(jié)在一起 構(gòu)成密閉空間 。 導(dǎo)線：由內(nèi)導(dǎo)絲、杜美絲和外導(dǎo)絲 三部分 共同組成。 白熾燈 在 正常工作 狀態(tài) 時(shí) ， 其 玻殼 外 表 的溫度 超過了 100℃ 。美國(guó)發(fā)明家愛迪生于 19 世紀(jì) 70 年代制成第一盞白熾燈以來，人們 又對(duì)燈絲的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各種各樣的改進(jìn)，白熾燈的光效也在這個(gè)過程中得到不斷提高。最后介紹了一些相關(guān)的光度學(xué)知識(shí)，以便我們更好地了解傳統(tǒng)光源和 LED 的具體特性，為后文介紹 LED 光源在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用做鋪墊。 第二章， LED 光源 和 傳統(tǒng)光源， 介紹 LED 和傳統(tǒng)光源的工作原理、 結(jié)構(gòu) 和應(yīng)用等，并將 LED 和 傳統(tǒng)光源進(jìn)行對(duì)比。在物理實(shí)驗(yàn)中 ， 利用發(fā)光二極管的上述特性 ， 可以生動(dòng)地顯示電流的流向及檢測(cè)有無電流產(chǎn)生。由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備的局限性，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室使用的光源仍然是傳統(tǒng)光源。 LED不光在 生活照明 領(lǐng)域 應(yīng)用 廣泛 ， 在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的用途 也顯得越來越無可替代 。 LED照明的能耗僅是白熾燈的十分之一、日光燈的五分之一左右，若用 LED光源取代傳統(tǒng)光源， 不但可以 降低 資源 的消耗 ， 還可以減少 CO2氣 體的 釋放 ，從而抑制了溫室效應(yīng)。倘若用發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保且成本低廉的光源取代傳統(tǒng)高耗能、低效率光源，無疑將對(duì)我國(guó)乃至世界的可持續(xù)發(fā)展具有戰(zhàn)略性意義。 then the LED and the conventional lights are pared, and the advantages of LED lights are analyzed. Finally, the methods to improve physical experiments with LED lights are discussed and some suggestions are put forward. Keywords: LED lights。 （ 2）要求： ①論文字?jǐn)?shù)在 8000 字以上； ②查參考文獻(xiàn) 10 篇以上； ③論文格式按照 “ 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文要求與撰寫規(guī)范 ” 撰寫。 6 發(fā)題時(shí)間： 2020 年 3 月 1 日 指導(dǎo)教師： （簽名） 學(xué) 生