关于解答电学习题中灯泡亮度的问题

代写论文网： 在电学习题中，我们往往会遇到有关灯泡亮度的问题。在近几年的教学实践中，笔者总结了一些解答这方面的问题的经验。
要解答灯泡的亮度问题，首先要明白决定灯泡亮度的物理量是什么。灯泡之所以会发光，是由于电流的热效应。单位时间内，电流通过灯泡的灯丝产生的热量越多（即电流在单位时间内做的功越多），灯丝的温度就越高，灯泡就越亮。因此，决定灯泡亮度的物理量并不是加在灯泡两端的电压，也不是通过灯泡灯丝的电流，而是灯泡的电功率。这里的电功率不是灯泡的额定电功率，而是实际电功率。因此，在解答灯泡亮度的问题时，我们着重要分析的便是灯泡的实际电功率。实际功率一样的灯泡，其亮度也一样。 如“220V 100W”、“110V 100W”、“72V 100W”的三个灯泡，如果均工作在各自的额定电压下，其亮度一样。
有关灯泡亮度的问题，大致可分为两类：一类是灯泡亮度的变化问题；另一类是比较灯泡亮度的问题。
灯泡亮度的变化
1．由公式P=UI=I2R=U2/R可知，在灯泡电阻不变的情况下，无论是加在灯泡两端的电压增大，还是通过灯泡灯丝的电流增大，灯泡的实际电功率都将增大，灯泡的亮度都将变亮。例：
①如图1，开关闭合后，当滑动变阻器的滑片向右移动时，电路中的总电阻变大，在电源电压不变的情况下，通过灯泡的电流变小。由于灯泡的电阻一定，由公式P =I2R可知，灯泡的实际电功率变小，亮度变暗。
②如图2，开关闭合后，灯泡两端的电压不变，灯泡的电阻一定，由公式P=U2/R可知，无论滑动变阻器的滑片怎样移动，灯泡的实际电功率均不变，亮度不变。
③如图3，开关闭合后，当滑动变阻器R1的滑片向右移动时，电路中的总电阻变大，在电源电压不变的情况下，干路电
流变小。电阻R2两端的电压变小，灯泡L和滑动变阻
器R1（并联）两端的电压变大。由公式P=U2/R可知，
灯泡的实际电功率变大，亮度变亮。
④如图4，当开关S闭合时，电路中的总电阻变小，在电源电压不变的情况下，干路电流变大。因为电阻R两端的电压变大，所以灯泡L1两端的电压变小，亮度变暗。
2．由公式P=U2/R可知，若加在灯泡两端的电压不变，当灯泡的电阻增大（或减小）时，灯泡的实际电功率将减小（或增大），灯泡的亮度将变暗（或变亮）。例：
①用久了的灯泡，由于灯丝（钨）的升华，灯丝会变细，导致灯丝的电阻变大。这样，在电压不变的情况下，灯泡的实际电功率变小，灯泡的亮度会变暗。
②灯泡的灯丝断后再搭接上使用时，由于灯丝的长度变短，导致灯丝的电阻变小。这样，在电压不变的情况下，灯泡的实际电功率变大，灯泡的亮度会变亮。 免费论文下载中心 二、比较灯泡的亮度
1. 并联电路中灯泡亮度的比较
在并联电路中（如图5），灯泡L1和L2两端的电压相等。
利用公式P=U2/R可知，谁的电阻小，它的电功率就大，亮度就高。反之，谁的电阻大，它的电功率就小，亮度就低。所以，额定电压相同的灯泡，并联使用时，额定功率大的灯泡亮。这是因为额定功率大的灯泡的电阻小，所以在电压相等的情况下，其实际功率大，亮度高。如“220V 40W”和“220V 60W”的两个灯泡，并联时，“220V 60W”的灯亮。若是额定电压不相同的灯泡，并联使用时，我们可利用公式R=U2/P计算比较每个灯泡的电阻，哪个灯泡的电阻小，哪个灯泡的亮度就高，反之亮度就低。如 “12V 6W”和“6V 3W”的两灯并联时，通过计算可知R1 =U12/P1 =(12V)2/6W=24Ω， R2=U22/P2=(6V)2/3W=12Ω 。所以“6V 3W” 灯泡亮度高。
2. 串联电路中灯泡亮度的比较
在串联电路中（如图6），通过灯泡L1和L2的电流相等。利用公式P=I2R可知，谁的电阻大，它的电功率就大，亮度就高；反之，谁的电阻小，它的电功率就小，亮度就低。所以，额定电压相同的灯泡，串联使用时，额定功率小的灯泡亮。这是因为额定功率小的灯泡的电阻大，所以在电流相等的情况下，其实际功率大，亮度高。如“220V 40W”和“220V 60W”的两灯，串联时，“220V 40W”的灯亮。若是额定电压不相同的灯泡，串联使用时，我们可利用公式P=I2R计算比较每个灯泡的电阻。哪个灯泡的电阻大，哪个灯泡的亮度就高，反之亮度就低。如“12V 6W”和“6V 3W”的两灯串联时，因为R1=24Ω，R2=12Ω，所以“12V 6W” 灯泡亮度高。
3．混联电路中灯泡亮度的比较
由上面得出的结论可知，无论是串联电路还是并联电路，也无论灯泡的额定电压和额定功率是否相同，灯泡的亮度（实际电功率）最终都与其电阻有关。总之，牢记一个原则：串联时，电阻大的亮；并联时，电阻小的亮。对于混联电路，我们可以将电路分为串联和并联两部分，先比较各部分内部灯泡的亮度，再比较不同部分之间灯泡的亮度。
例如L1 、L2为标有“220V 40W”字样的灯泡，L3 、L4为标有“220V 100W”字样的灯泡 ，当把它们按照如图7所示的方式连入电路中时，哪个灯泡最亮，哪个灯泡最暗？
分析 整个电路可分为三部分串联：L1和L4各一部分，L2和L3并联起来作为一部分。我们先比较L1和L4（串联）的亮度，因为L1的电阻比L4大，所以L1比L4亮。再比较L2和L3的亮度（并联），因为L3的电阻比L2小，所以L3比L2亮。最后比较L2、L3并联后和L4的亮度，因为L2、L3并联后的电阻比L4的电阻还要小，所以L4比L2、L3都亮。最终得出比较结果，各灯泡的亮度按照从亮到暗的顺序为：L1、L4、L3、L2 。 免费论文下载中心