Question

1．小明同學(xué)學(xué)習(xí)了家庭電路知識后，他研究了家中的照明燈具，他家中的燈具有兩類，一類是日光燈，另一類是白熾燈，他查有關(guān)資料得知：日光燈的玻璃燈管實(shí)際上是一種低氣壓放電管，燈管兩端裝有電極（俗稱燈絲），內(nèi)壁涂有鎢酸鎂、硅酸鋅等熒光物質(zhì)．制造時抽去空氣，充入少量水銀和氬氣，通電后，管內(nèi)因水銀蒸氣放電而產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒光物質(zhì)使其發(fā)出可見光，即“光致發(fā)光”．

（1）“光致發(fā)光”中的第一個“光”指的是紫外線．
（2）下邊是明亮程度相當(dāng)?shù)陌谉霟艉腿展鉄舻膶φ毡恚�請補(bǔ)充表格內(nèi)容．

燈名稱	發(fā)光原理	功率（W）	工作溫度（℃）
白熾燈		150	2400
日光燈	光致發(fā)光	40	50

（3）從能量角度分析白熾燈發(fā)光效率不高的原因電能大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，少部分轉(zhuǎn)化為光能．
（4）他利用學(xué)到的知識設(shè)計(jì)了一種可調(diào)節(jié)燈光亮度的電路，如圖1所示，將此電路接入家庭電路中時，A接火線（選：“火”“零”）．他所用的電阻R₁阻值為200Ω，R₂的阻值為284Ω，當(dāng)開關(guān)扳向觸點(diǎn)1時，燈泡正常發(fā)光．已知燈泡的規(guī)格為“220V，100W”，電源電壓為220伏，當(dāng)開關(guān)S分別扳向觸點(diǎn)1、2、3時燈泡的亮度隨之發(fā)生變化．
問：當(dāng)開關(guān)S扳向觸點(diǎn)3時，燈變得最暗，此時小燈泡實(shí)際消耗的電功率是多少？（設(shè)燈泡的電阻不隨溫度的改變而改變）
（5）指出該同學(xué)設(shè)計(jì)的調(diào)光電路還存在什么缺陷，針對存在的缺陷在方框中如畫出一種改進(jìn)后的電路圖．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意“紫外線激發(fā)熒光物質(zhì)使其發(fā)出可見光”進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)電功的實(shí)質(zhì)進(jìn)行解答，即燈絲發(fā)光發(fā)熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（3）燈泡發(fā)光時同時發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，燈泡的溫度越低，越省電；
（4）根據(jù)安全用電常識可知開關(guān)應(yīng)控制火線；改變觸點(diǎn)的位置，電路中的總電阻會隨之改變，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$分析電路中電流的變化，電流越小，燈泡的亮度會變暗；先根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出燈泡的電阻，然后根據(jù)歐姆定律求出電路中電流，再根據(jù)P=I²R求出小燈泡實(shí)際消耗的電功率；
（5）這個設(shè)計(jì)不可以連續(xù)改變燈泡的亮度，用一個滑動變阻器代替兩個電阻與燈泡串聯(lián)即可．

解答 解：（1）“光致發(fā)光”中的第一個“光”指的是紫外線；
（2）白熾燈是靠電流通過燈絲產(chǎn)生的熱效應(yīng)來發(fā)光，故完整表格內(nèi)容如下：

燈名稱	發(fā)光原理	功率（W）	工作溫度（℃）
白熾燈	電流的熱效應(yīng)	150	2400
日光燈	光致發(fā)光	40	50

（3）燈泡發(fā)光時，就是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能，同樣發(fā)光的情況下，熒光燈的溫度比較低說明電能轉(zhuǎn)化的內(nèi)能比較少，耗電少；
（4）開關(guān)應(yīng)接在火線上，由圖示可知，A應(yīng)接火線；當(dāng)開關(guān)S扳向觸點(diǎn)3時，燈泡最暗，
燈泡的電阻為R_L=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（220V）^{2}}{100W}$=484Ω；電路中的電流為I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}$=$\frac{220V}{200Ω+284Ω+484Ω}$=$\frac{5}{22}$A，
此時小燈泡實(shí)際消耗的電功率為P_L′=I²R=（$\frac{5}{22}$A）²R_L=25W；
（5）該同學(xué)設(shè)計(jì)的調(diào)光電路雖能調(diào)節(jié)燈泡的亮度，但是不能連續(xù)改變燈泡的亮度，可以用滑動變阻器與燈泡串聯(lián)來調(diào)節(jié)亮度，電路圖如下：

故答案為：（1）紫外線；（2）如表所示；（3）電能大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，少部分轉(zhuǎn)化為光能；（4）火；3；小燈泡實(shí)際消耗的電功率是25W；（5）如圖所示．

點(diǎn)評 本題考查電阻、電流、電功率的計(jì)算，以及電功的實(shí)質(zhì)；關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，能從題中獲取信息的能力；難點(diǎn)是開關(guān)在不同位置時電路消耗電功率的判斷和根據(jù)題意設(shè)計(jì)電路圖的能力．