Question

綜合探究題
小明同學(xué)學(xué)習(xí)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(guān)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(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?shù)陌谉霟艉腿展鉄舻膶φ毡�，請補充完整表格內(nèi)容．

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)	120	2400
日光燈	光致發(fā)光	40	50

（3）從能量角度分析白熾燈發(fā)光效率不高的原因是什么．
（4）他利用學(xué)到的知識設(shè)計了一種可調(diào)節(jié)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(guān)扳向觸點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220V，當開關(guān)S分別扳向觸點1、2、3時燈泡的亮度隨之發(fā)生變化，問：當開關(guān)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(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)計的調(diào)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(jù)日光燈的發(fā)光原理，可知“光致發(fā)光”中的第一個“光”的含義．
（2）白熾燈發(fā)光原理是電流的熱效應(yīng)．
（3）從能的轉(zhuǎn)化方面分析可知白熾燈的發(fā)光效率的高低．
（4）根據(jù)安全用電的原則，可判斷A接“火”線還是“零”線；
根據(jù)燈泡亮度由實際功率決定，判斷當開關(guān)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(jù)P=I² R 求出功率，最后由W=Pt求出消耗的電能．
（5）不能連續(xù)調(diào)節(jié)的燈的亮度，可在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器．

解答：解：（1）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，所以“光致發(fā)光”中的第一個“光”指的是紫外線；
（2）白熾燈發(fā)光原理是電流的熱效應(yīng)；
（3）電流通過白熾燈消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，少部分轉(zhuǎn)化為光能，所以發(fā)光效率不高；
（4）根據(jù)安全用電的原則，火線通過開關(guān)進燈座，所以，A接火線；
當開關(guān)S分別扳向觸點3時，電路中電阻最大，電流最小，根據(jù)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(xù)調(diào)節(jié)的燈的亮度，
電路圖：

答：（1）紫外線；（2）電流的熱效應(yīng)；（3）電流通過白熾燈消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，少部分轉(zhuǎn)化為光能；（4）火、當開關(guān)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(xù)調(diào)節(jié)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(shè)計等．有識記性的內(nèi)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(lián)系比較密切，是一道好題．