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    白熾燈中所蘊含的電學(xué)知識

    2017-06-30 13:12:35戴同蘭
    中小學(xué)實驗與裝備 2017年3期
    關(guān)鍵詞:額定功率白熾燈用電器

    戴同蘭

    白熾燈是物理電學(xué)中用得最多的電學(xué)器材之一,也是我們?nèi)粘I钪谐R姷恼彰髌鞑闹唬谉霟糁邪撕芏辔锢碇R。通過這些知識的學(xué)習(xí),可以進一步加深電學(xué)知識在實際生活中的應(yīng)用,以及運用學(xué)生電學(xué)知識解決實際問題的能力。

    1白熾燈的構(gòu)造

    (1)白熾燈的外殼為什么用玻璃?

    玻璃殼體是絕緣體,并且具有透光性好的特點。

    (2)為什么用鎢做燈絲?

    因為鎢的電阻率大、熔點高。

    (3)燈絲為什么做成螺旋狀?

    為了減少熱量損失,提高燈絲溫度。

    (4)外形為什么要做成梨形的?

    當(dāng)燈泡做成梨形后,高溫下的金屬鎢升華產(chǎn)生的鎢蒸氣隨氣流上升,遇到頸部溫度較低的玻璃時,鎢蒸氣凝華而沉積下來,燈泡的下部就不易因變黑而影響照明。

    (5)為什么燈泡內(nèi)要抽成真空或充入惰性氣體?

    為了防止燈絲氧化,抑制鎢的升華,提高燈絲的使用壽命。

    (6)為什么額定電壓相同,額定功率不同的燈泡燈絲粗細不同?

    因為燈絲的長度是差不多的,在導(dǎo)體的材料和長度相同的情況下,導(dǎo)體的橫截面積越大,電阻越小,所以燈絲越粗電阻越小,反之越大,根據(jù)P=U2/R可判斷,在額定電壓相同的情況下,燈絲越粗的燈泡,燈絲的電阻越小,燈泡的額定功率越大,燈絲越細的燈泡,其額定功率越小。

    (7)燈泡上的銘牌“PZ220—40”是什么意思?PZ是普通照明燈泡中“普”和“照”的漢語拼音的第1個字母,表示燈泡的型號?!?20—40”表示燈泡的額定電壓是220 V,額定功率是40 W。在額定電壓下,燈泡正常發(fā)光;實際電壓低,發(fā)光較暗;實際電壓偏高,燈泡較正常發(fā)光亮,長期這樣使用會影響燈泡的壽命,甚至?xí)龎臒襞荨?/p>

    2白熾燈的原理

    (1)白熾燈根據(jù)什么原理工作的?

    根據(jù)電流的熱效應(yīng)。

    (2)用久的白熾燈泡內(nèi)壁為什么會發(fā)黑?

    構(gòu)成燈絲的金屬鎢先升華后凝華附著在燈泡的內(nèi)壁上。

    (3)白熾燈發(fā)光時的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的?

    電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。

    (4)白熾燈發(fā)光時燈絲和燈泡外殼(即玻璃)溫度升高,內(nèi)能增加的原因分別是什么?

    因為白熾燈發(fā)光時的能量轉(zhuǎn)化是將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能,所以燈絲溫度升高,內(nèi)能增加,是由于電流做功而引起的;燈泡外殼(即玻璃)溫度升高,內(nèi)能增加,是由于熱傳遞引起的。

    3白熾燈的亮度

    (1)白熾燈的亮度由什么決定?

    由燈泡的實際功率決定,實際功率越大越亮,反之越暗。

    (2)用久了的白熾燈為什么沒有新買時的燈亮?

    因為燈絲升華后變細,電阻變大,根據(jù)P=U2/R可以知道,在實際電壓相同的情況下,電燈的實際功率變小,從而亮度變暗。

    (3)白熾燈為什么在開燈的瞬間容易燒斷?燈絲的電阻隨溫度的升高而變大,在開燈的瞬間,燈絲的電阻變大,根據(jù)P=U2/R可以知道,在實際電壓相同的情況下,電燈的實際功率變大,相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量更多,所以開燈的瞬間燈絲容易燒斷。

    (4)白熾燈燈絲燒斷后重新搭上,為什么會變亮?因為燈絲長度變短,導(dǎo)致電阻變小,根據(jù)P=U2/R知,在電源電壓不變的情況下,燈泡實際消耗的電功率變大,所以電燈變亮。

    (5)晚上用電高峰時,教室內(nèi)電燈較暗,深夜時,電燈較亮,這是為什么?

    因為在家庭電路中,可以將電路看成是用電器和導(dǎo)線串聯(lián),用電器兩端的電壓和導(dǎo)線兩端的電壓之和等于家庭電路的電壓220 V,用電高峰時,同時使用的用電器較多,干路電流較大,導(dǎo)線分去的電壓較多,用電器兩端得到的電壓較小,從而實際功率小,所以白熾燈發(fā)光較暗。而深夜時,同時使用的用電器較少,干路電流較小,分去的電壓較少,用電器兩端得到的電壓大,從而實際功率大,所以白熾燈發(fā)光較亮。

    (6)將額定電壓相同、額定功率不同的2個燈泡接入電路,如何比較亮暗程度?如:甲燈標有“220 V 40 W”,乙燈標有“220 V 100 W”,兩燈并聯(lián)時哪個燈更亮?串聯(lián)時哪個燈更亮?

    根據(jù)R=U2/P可以知道,在額定電壓相同的情況下,額定功率小的電燈電阻大,所以甲燈的電阻大于乙燈,又因為并聯(lián)時,電功率的分配和電阻成反比,串聯(lián)時,電功率的分配和電阻成正比,所以并聯(lián)乙燈更亮,串聯(lián)時甲燈更亮。

    (7)將額定電壓不同、額定功率相同的2個燈泡接入電路,如何比較亮暗程度?如:甲燈標有“220 V 40 W”,乙燈標有“36 V 40 W”,當(dāng)它們都正常發(fā)光時,哪個燈更亮?兩燈并聯(lián)時哪個燈更亮?串聯(lián)時哪個燈更亮?

    當(dāng)它們都正常發(fā)光時,實際功率等于額定功率,而兩燈的額定功率相同,所以一樣亮。根據(jù)R=U2/P可以知道,在額定功率相同的情況下,額定電壓大的電燈電阻大,所以甲燈的電阻大于乙燈,又因為并聯(lián)時,電功率的分配和電阻成反比,串聯(lián)時,電功率的分配和電阻成正比,所以并聯(lián)時乙燈更亮,串聯(lián)時甲燈更亮。

    (8)為什么白熾燈的發(fā)光效率比較低?

    白熾燈是利用電流的熱效應(yīng)工作的,電流做功時,大部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,只有少部分電能轉(zhuǎn)化為光能,效率僅為10%~20%左右,可見,其效率是很低的。

    (9)調(diào)光臺燈是靠什么來調(diào)節(jié)燈泡的亮度?

    在電路中將滑動變阻器或電位器與燈泡串聯(lián),靠改變變阻器接入電路中電阻絲的長度來改變電路中電阻的大小,從而改變電路中電流的大小來實現(xiàn)調(diào)節(jié)燈泡亮度的目的。

    4白熾燈的使用

    (1)白熾燈在發(fā)光與不發(fā)光時的電阻是否一樣?

    不一樣,因為燈絲的電阻隨溫度的升高而變大,所以白熾燈在正常發(fā)光時的電阻比不發(fā)光時的電阻要大。

    (2)在連接白熾燈的燈頭線時,為什么通常在燈頭內(nèi)用電線打一個保險扣?

    防止燈頭脫落。

    (3)安裝螺絲口電燈應(yīng)注意什么?

    應(yīng)把與螺旋套相連的接線柱接到零線上,火線進開關(guān)后,另一個接線柱接在燈頭有金屬彈簧片的接線柱上。

    (4)白熾燈的連接是怎樣的?

    為了使各個燈泡工作時互不影響,每個燈泡之間采用并聯(lián)的方式。為了安全,控制燈的開關(guān)必須與燈泡串聯(lián),并且開關(guān)應(yīng)接在火線上。

    (5)某個燈泡不亮,用測電筆接觸燈頭兩接線柱,氖管都亮,為什么?

    進戶的零線斷了或與零線相連的導(dǎo)線斷了。

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