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解答电学习题中灯泡亮度的问题

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解答电学习题中灯泡亮度的问题_第1页
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1解答电学习题中灯泡亮度的问题在电学习题中,我们往往会遇到有关灯泡亮度的问题在近几年的教学实践中,笔者总结了一些解答这方面的问题的经验 要解答灯泡的亮度问题,首先要明白决定灯泡亮度的物理量是什么灯泡之所以会发光,是由于电流的热效应单位时间内,电流通过灯泡的灯丝产生的热量越多(即电流在单位时间内做的功越多),灯丝的温度就越高,灯泡就越亮因此,决定灯泡亮度的物理量并不是加在灯泡两端的电压,也不是通过灯泡灯丝的电流,而是灯泡的电功率这里的电功率不是灯泡的额定电功率,而是实际电功率因此,在解答灯泡亮度的问题时,我们着重要分析的便是灯泡的实际电功率实际功率一样的灯泡,其亮度也一样如“220V100W”、 “110V100W”、 “72V100W”的三个灯泡,如果均工作在各自的额定电压下,其亮度一样 有关灯泡亮度的问题,大致可分为两类:一类是灯泡亮度的变化问题;另一类是比较灯泡亮度的问题 灯泡亮度的变化 1.由公式 P=UI=I2R=U2/R 可知,在灯泡电阻不变的情况下,无论是加在灯泡两端的电压增大,还是通过灯泡灯丝的电流增大,灯泡的实际电功率都将增大,灯泡的亮度都将变亮例: ①如图 1,开关闭合后,当滑动变阻器的滑片向右移动时,电路中的总电阻变大,在电源电压不变的情况下,通过灯泡的电流变小。

由于灯泡的电阻一定,由公式P=I2R 可知,灯泡的实际电功率变小,亮度变暗 ②如图 2,开关闭合后,灯泡两端的电压不变,灯泡的电阻一定,由公式 P=U2/R可知,无论滑动变阻器的滑片怎样移动,灯泡的实际电功率均不变,亮度不变 2③如图 3,开关闭合后,当滑动变阻器 R1 的滑片向右移动时,电路中的总电阻变大,在电源电压不变的情况下,干路电 流变小电阻 R2 两端的电压变小,灯泡 L 和滑动变阻 器 R1(并联)两端的电压变大由公式 P=U2/R 可知, 灯泡的实际电功率变大,亮度变亮 ④如图 4,当开关 S 闭合时,电路中的总电阻变小,在电源电压不变的情况下,干路电流变大因为电阻 R 两端的电压变大,所以灯泡 L1 两端的电压变小,亮度变暗 2.由公式 P=U2/R 可知,若加在灯泡两端的电压不变,当灯泡的电阻增大(或减小)时,灯泡的实际电功率将减小(或增大),灯泡的亮度将变暗(或变亮)例: ①用久了的灯泡,由于灯丝(钨)的升华,灯丝会变细,导致灯丝的电阻变大这样,在电压不变的情况下,灯泡的实际电功率变小,灯泡的亮度会变暗 ②灯泡的灯丝断后再搭接上使用时,由于灯丝的长度变短,导致灯丝的电阻变小。

这样,在电压不变的情况下,灯泡的实际电功率变大,灯泡的亮度会变亮 二、比较灯泡的亮度 1.并联电路中灯泡亮度的比较 在并联电路中(如图 5),灯泡 L1 和 L2 两端的电压相等 利用公式 P=U2/R 可知,谁的电阻小,它的电功率就大,亮度就高反之,谁的电阻大,它的电功率就小,亮度就低所以,额定电压相同的灯泡,并联使用时,额定功率大的灯泡亮这是因为额定功率大的灯泡的电阻小,所以在电压相等的情况下,其实际功率大,亮度高如“220V40W”和“220V60W”的两个灯泡,并联时,“220V60W”的灯亮若是额定电压不相同的灯泡,并联使用时,我们可利用公式R=U2/P 计算比较每个灯泡的电阻,哪个灯泡的电阻小,哪个灯泡的亮度就高,反3之亮度就低如“12V6W”和“6V3W”的两灯并联时,通过计算可知R1=U12/P1=(12V)2/6W=24Ω,R2=U22/P2=(6V)2/3W=12Ω所以“6V3W”灯泡亮度 高 2.串联电路中灯泡亮度的比较 在串联电路中(如图 6),通过灯泡 L1 和 L2 的电流相等利用公式 P=I2R 可知,谁的电阻大,它的电功率就大,亮度就高;反之,谁的电阻小,它的电功率就小,亮度就低。

所以,额定电压相同的灯泡,串联使用时,额定功率小的灯泡亮这是因为额定功率小的灯泡的电阻大,所以在电流相等的情况下,其实际功率大,亮度高如“220V40W”和“220V60W”的两灯,串联时, “220V40W”的灯亮若是额定电压不相同的灯泡,串联使用时,我们可利用公式 P=I2R 计算比较每个灯泡的电阻哪个灯泡的电阻大,哪个灯泡的亮度就高,反之亮度就低如“12V6W”和“6V3W”的两灯串联时,因为 R1=24Ω,R2=12Ω,所以“12V6W”灯泡亮度高 3.混联电路中灯泡亮度的比较 由上面得出的结论可知,无论是串联电路还是并联电路,也无论灯泡的额定电压和额定功率是否相同,灯泡的亮度(实际电功率)最终都与其电阻有关总之,牢记一个原则:串联时,电阻大的亮;并联时,电阻小的亮对于混联电路,我们可以将电路分为串联和并联两部分,先比较各部分内部灯泡的亮度,再比较不同部分之间灯泡的亮度 例如 L1、L2 为标有“220V40W”字样的灯泡,L3、L4 为标有“220V100W”字样的灯泡,当把它们按照如图 7 所示的方式连入电路中时,哪个灯泡最亮,哪个灯泡最暗?分析整个电路可分为三部分串联:L1 和 L4 各一部分,L2 和 L3 并联起来作为一部分。

我们先比较 L1 和 L4(串联)的亮度,因为 L1 的电阻比 L4 大,所以 L1 比L4 亮再比较 L2 和 L3 的亮度(并联),因为 L3 的电阻比 L2 小,所以 L3 比 L24亮最后比较 L2、L3 并联后和 L4 的亮度,因为 L2、L3 并联后的电阻比 L4 的电阻还要小,所以 L4 比 L2、L3 都亮最终得出比较结果,各灯泡的亮度按照从亮到暗的顺序为:L1、L4、L3、L2。

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