Question

綜合探究題
小明同學學習了家庭電路知識后，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．他查閱有關資料得知：日光燈的玻璃燈管實際是一種低氣壓放電管，燈管兩端裝有電極（俗稱燈絲），內壁涂有鎢酸鎂，硅酸鋅等熒光物質．制造時抽去空氣，充入少量水銀和氬氣．通電后，管內因水銀蒸氣放電而產生紫外線，紫外線激發熒光物質使其發出可見光，即“光致發光”．
（1）“光致發光”中的第一個“光”指的是

紫外線

．
（2）下邊是明亮程度相當的白熾燈和日光燈的對照表，請補充完整表格內容．

燈名稱	發光原理	功率/W	工作溫度/℃
白熾燈	電流的熱效應	120	2400
日光燈	光致發光	40	50

（3）從能量角度分析白熾燈發光效率不高的原因是什么．
（4）他利用學到的知識設計了一種可調節光亮度的電路，如圖所示，將此電路接入家庭電路中時，A接

火

（填“火”或“零”）線．他所用的電阻R₁阻值為200Ω，R₂的阻值為284Ω，當開關扳向觸點1時，燈泡正常發光，已知燈泡的規格為“220V  100W”，電源電壓為220V，當開關S分別扳向觸點1、2、3時燈泡的亮度隨之發生變化，問：當開關S扳向哪個觸點時，燈變得最暗，計算此時通電1min小燈泡消耗的電能是多少？（設燈泡的電阻不隨溫度的改變而改變）
（5）指出該同學設計的調光電路還存在什么缺陷，針對存在的缺陷在下面空白處畫出一種改進后的電路圖．
缺陷：
電路圖：

Answer 1

分析：（1）根據日光燈的發光原理，可知“光致發光”中的第一個“光”的含義．
（2）白熾燈發光原理是電流的熱效應．
（3）從能的轉化方面分析可知白熾燈的發光效率的高低．
（4）根據安全用電的原則，可判斷A接“火”線還是“零”線；
根據燈泡亮度由實際功率決定，判斷當開關S分別扳向觸點1、2、3時，燈泡的實際功率，可判斷燈泡亮度；
已知電阻和電壓求出電流，再根據P=I² R 求出功率，最后由W=Pt求出消耗的電能．
（5）不能連續調節的燈的亮度，可在電路中串聯一個滑動變阻器．

解答：解：（1）通電后，管內因水銀蒸氣放電而產生紫外線，紫外線激發熒光物質使其發出可見光，所以“光致發光”中的第一個“光”指的是紫外線；
（2）白熾燈發光原理是電流的熱效應；
（3）電流通過白熾燈消耗的電能大部分轉化為內能，少部分轉化為光能，所以發光效率不高；
（4）根據安全用電的原則，火線通過開關進燈座，所以，A接火線；
當開關S分別扳向觸點3時，電路中電阻最大，電流最小，根據P_L=I² R_L 可知，實際功率最小，燈泡最暗．
燈泡電阻：R_L=

U2

P

=

(220V)2

100W

=484Ω，
電路中電流：I=

U

R1+R2+RL

=

220V

200Ω+284Ω+484Ω

=0.23A，
燈泡消耗的電能：W=I² R_L t=（0.23A）²×484Ω×60s=1536J．
（5）缺點：不能連續調節的燈的亮度，
電路圖：

答：（1）紫外線；（2）電流的熱效應；（3）電流通過白熾燈消耗的電能大部分轉化為內能，少部分轉化為光能；（4）火、當開關S扳向3觸點時，燈變得最暗，此時通電1min小燈泡消耗的電能是1536J；（5）缺陷：不能連續調節的燈的亮度；電路圖如圖．

點評：本題考查的知識面比較廣，有電功的計算、功率大小的判斷、歐姆定律的運用、電路的設計等．有識記性的內容，也有推理計算的東西，是一道綜合性較強的題，與實際生活聯系比較密切，是一道好題．