Question

综合探究题
小明同学学习了家庭电路知识后，研究了家中的照明灯具．他家中的灯具有两类，一类是日光灯，另一类是白炽灯．他查阅有关资料得知：日光灯的玻璃灯管实际是一种低气压放电管，灯管两端装有电极（俗称灯丝），内壁涂有钨酸镁，硅酸锌等荧光物质．制造时抽去空气，充入少量水银和氩气．通电后，管内因水银蒸气放电而产生紫外线，紫外线激发荧光物质使其发出可见光，即“光致发光”．
（1）“光致发光”中的第一个“光”指的是

紫外线

．
（2）下边是明亮程度相当的白炽灯和日光灯的对照表，请补充完整表格内容．

灯名称	发光原理	功率/W	工作温度/℃
白炽灯	电流的热效应	120	2400
日光灯	光致发光	40	50

（3）从能量角度分析白炽灯发光效率不高的原因是什么．
（4）他利用学到的知识设计了一种可调节光亮度的电路，如图所示，将此电路接入家庭电路中时，A接

火

（填“火”或“零”）线．他所用的电阻R₁阻值为200Ω，R₂的阻值为284Ω，当开关扳向触点1时，灯泡正常发光，已知灯泡的规格为“220V  100W”，电源电压为220V，当开关S分别扳向触点1、2、3时灯泡的亮度随之发生变化，问：当开关S扳向哪个触点时，灯变得最暗，计算此时通电1min小灯泡消耗的电能是多少？（设灯泡的电阻不随温度的改变而改变）
（5）指出该同学设计的调光电路还存在什么缺陷，针对存在的缺陷在下面空白处画出一种改进后的电路图．
缺陷：
电路图：

Answer 1

分析：（1）根据日光灯的发光原理，可知“光致发光”中的第一个“光”的含义．
（2）白炽灯发光原理是电流的热效应．
（3）从能的转化方面分析可知白炽灯的发光效率的高低．
（4）根据安全用电的原则，可判断A接“火”线还是“零”线；
根据灯泡亮度由实际功率决定，判断当开关S分别扳向触点1、2、3时，灯泡的实际功率，可判断灯泡亮度；
已知电阻和电压求出电流，再根据P=I² R 求出功率，最后由W=Pt求出消耗的电能．
（5）不能连续调节的灯的亮度，可在电路中串联一个滑动变阻器．

解答：解：（1）通电后，管内因水银蒸气放电而产生紫外线，紫外线激发荧光物质使其发出可见光，所以“光致发光”中的第一个“光”指的是紫外线；
（2）白炽灯发光原理是电流的热效应；
（3）电流通过白炽灯消耗的电能大部分转化为内能，少部分转化为光能，所以发光效率不高；
（4）根据安全用电的原则，火线通过开关进灯座，所以，A接火线；
当开关S分别扳向触点3时，电路中电阻最大，电流最小，根据P_L=I² R_L 可知，实际功率最小，灯泡最暗．
灯泡电阻：R_L=

U2

P

=

(220V)2

100W

=484Ω，
电路中电流：I=

U

R1+R2+RL

=

220V

200Ω+284Ω+484Ω

=0.23A，
灯泡消耗的电能：W=I² R_L t=（0.23A）²×484Ω×60s=1536J．
（5）缺点：不能连续调节的灯的亮度，
电路图：

答：（1）紫外线；（2）电流的热效应；（3）电流通过白炽灯消耗的电能大部分转化为内能，少部分转化为光能；（4）火、当开关S扳向3触点时，灯变得最暗，此时通电1min小灯泡消耗的电能是1536J；（5）缺陷：不能连续调节的灯的亮度；电路图如图．

点评：本题考查的知识面比较广，有电功的计算、功率大小的判断、欧姆定律的运用、电路的设计等．有识记性的内容，也有推理计算的东西，是一道综合性较强的题，与实际生活联系比较密切，是一道好题．