Question

15．如圖甲所示，額定電壓為20V的燈泡L與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接入電路，電源電壓為24V．燈泡L的I-U圖象如圖乙所示，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，求：

（1）通過燈泡的電流和燈泡所消耗的電功率．
（2）滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值．
（3）如果把普通燈泡都換成節(jié)能燈，請從能量轉(zhuǎn)化的角度分析其優(yōu)點(diǎn)．

Answer 1

分析 （1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)圖象讀出通過燈泡的電流，利用P=UI求出燈泡所消耗的電功率；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值；
（3）根據(jù)白熾燈消耗的電能有很大一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，只有一小部分轉(zhuǎn)化為光能；節(jié)能燈消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為光能，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓U_L=20V，由圖象可知通過燈泡的電流I_L=0.4A，
則燈泡所消耗的電功率：
P_L=U_LI_L=20V×0.4A=8W；
（2）因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U_R=U-U_L=24V-20V=4V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{R}}$=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{L}}$=$\frac{4V}{0.4A}$=10Ω；
（3）白熾燈消耗的電能有很大一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，只有一小部分轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)光效率較低；
節(jié)能燈消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)光效率較高；同等亮度下，節(jié)能燈的功率較低，因此使用節(jié)能燈可以節(jié)能．
答：（1）通過燈泡的電流為0.4A，燈泡所消耗的電功率為8W；
（2）滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為10Ω；
（3）節(jié)能燈消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)光效率較高．

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用以及節(jié)能燈能量的轉(zhuǎn)化，從圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．