Question

1．小明同學學習了家庭電路知識后，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，他查有關資料得知：日光燈的玻璃燈管實際上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(fā)熒光物質使其發(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的白熾燈和日光燈的對照表，請補充表格內容．

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化為內能，少部分轉化為光能．
（4）他利用學到的知識設計了一種可調節(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，當開關扳向觸點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220伏，當開關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S扳向觸點3時，燈變得最暗，此時小燈泡實際消耗的電功率是多少？（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，針對存在的缺陷在方框中如畫出一種改進后的電路圖．

Answer 1

分析 （1）根據題意“紫外線激發(fā)熒光物質使其發(fā)出可見光”進行解答；
（2）根據電功的實質進行解答，即燈絲發(fā)光發(fā)熱是電能轉化為內能；
（3）燈泡發(fā)光時同時發(fā)熱，將電能轉化為內能和光能，燈泡的溫度越低，越省電；
（4）根據安全用電常識可知開關應控制火線；改變觸點的位置，電路中的總電阻會隨之改變，根據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R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出燈泡的電阻，然后根據歐姆定律求出電路中電流，再根據P=I²R求出小燈泡實際消耗的電功率；
（5）這個設計不可以連續(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生的熱效應來發(fā)光，故完整表格內容如下：

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

（3）燈泡發(fā)光時，就是把電能轉化為內能和光能，同樣發(fā)光的情況下，熒光燈的溫度比較低說明電能轉化的內能比較少，耗電少；
（4）開關應接在火線上，由圖示可知，A應接火線；當開關S扳向觸點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，
此時小燈泡實際消耗的電功率為P_L′=I²R=（$\frac{5}{22}$A）²R_L=25W；
（5）該同學設計的調光電路雖能調節(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）電能大部分轉化為內能，少部分轉化為光能；（4）火；3；小燈泡實際消耗的電功率是25W；（5）如圖所示．

點評 本題考查電阻、電流、電功率的計算，以及電功的實質；關鍵是公式及其變形的靈活運用，能從題中獲取信息的能力；難點是開關在不同位置時電路消耗電功率的判斷和根據題意設計電路圖的能力．