白炽灯中的物理知识

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1、与 白 炽 灯 有 关 的 物 理 知 识 2 22 22 U, U=IR,R= IU I RP=UI,Q=I P=UI , Q=IUQ= Q=UIR UI R WtRtU U I P P I R RtR RUI tR 一 、 欧 姆 定 律 ： 变 形 式 ： 都 只 适 用 于纯 电 阻 电 路 ， 且 、 、 要 针 对 同 一 段 电 路 。二 、 电 功 率 定 义 式 ： P= ， 可 用 于 家 用 电 器 实 际 功 率 的测 量 ； 计 算 式 ： 可 用 于 实 验 室 测 量 小 灯 泡 的 功 率 ，两 个 公 式 适 用 于 一 切 电 路 。三 、 焦 耳 定 律

2、： ， 适 用 于 一 切 电 路 的 电 热 计 算 。四 、 由 和 组 合 得 到 ： 和 由和 组 合 得 到 ： 和 ,t 这 四 个 公 式 只 适 用 于纯 电 阻 电 路 。 白 炽 灯 是 利 用 物 体 的 炽 热 效 应 来 工作 的 ， 任 何 物 体 达 到 1700 以 上就 会 发 出 明 亮 的 白 光 ， 灯 泡 发 光 时 ，灯 丝 温 度 可 达 2200 以 上 。 一 、 例 题 讲 解1、 灯 泡 用 久 了 会 比 新 买 时 暗 ， 这 是为 什 么 ？ 灯 泡 的 亮 度 是 由 实 际 功 率 决 定 的 。 灯泡 用 久 了 ， 灯 丝 会

3、 因 为 升 华 而 逐 渐 变细 ， 电 阻 变 大 。 由 公 式 P=U2/R可 知 ，在 灯 泡 两 端 电 压 不 变 时 ， 灯 丝 电 阻 变大 ， 在 电 压 一 定 时 ， 灯 泡 的 实 际 功 率会 变 小 ， 因 此 ， 灯 泡 用 久 了 会 暗 。 2、 把 标 有 “ 6V 9W”的 灯 泡 L1和 “ 12V 36W”的 灯 泡 L2串 联 后 接 在 电 源 两 端 ， 其 中 一 只 灯 泡 正常 发 光 ， 另 一 只 没 有 达 到 额 定 功 率 （ 不 考 虑 灯 丝电 阻 随 温 度 的 变 化 ） ， 则 （ ） A 电 源 电 压 为 18V

4、B 电 路 中 电 流 为 3A C 两 灯 泡 的 总 功 率 为 27WD 灯 L1的 实 际 功 率等 于 灯 L2的 实 际 功 率 分 析 ： 此 题 关 键 是 首 先 判 断 出 是 哪 一 只 灯 泡 正 常 发 光 ，这 就 必 须 根 据 已 知 的 额 定 电 压 和 额 定 功 率 求 出 两 只 灯 泡的 正 常 工 作 电 流 ， 进 行 比 较 后 得 知 是 L1正 常 发 光 ， 那 么此 时 电 路 中 的 电 流 就 是 1.5A， 再 根 据 R=U2/P求 出 两 只 灯泡 的 电 阻 ， 分 别 计 算 出 四 个 选 项 中 的 相 关 物 理 量

5、 ， 最 后作 出 判 断 。 （ 此 题 找 准 切 入 点 很 重 要 ） 3、 白 炽 灯 的 灯 丝 是 用 高 的 钨 做成 的 ， 看 上 去 好 像 很 粗 ， 其 实 是 很 细的 钨 丝 绕 成 螺 旋 状 ， 绕 成 螺 旋 状 的 目的 是 。减 少 灯 丝 散 热 ， 提 高 灯 丝 的 温 度 材 料 ： 灯 丝 是 用 比 头 发 丝 还 细 得 多 的钨 丝 ， 做 成 螺 旋 形 。 看 起 来 灯 丝 很 短 ，其 实 把 这 种 极 细 的 螺 旋 形 的 钨 丝 拉 成 一条 直 线 ， 这 条 直 线 竟 有 1米 多 长 。 4、 灯 丝 断 了 再

6、搭 上 ， 会 比 以 前 更 亮 ， 为 什 么 ？ 但往 往 用 不 了 多 长 时 间 又 会 从 搭 接 处 烧 断 ， 原 因是 什 么 ？ 答 ： 因 灯 丝 长 度 比 原 来 短 ， 使 电 阻 减 小 ， 在 电 压 一 定 时 ，通 过 的 电 流 变 大 ， 由 P=UI可 知 其 实 际 功 率 变 大 ， 所 以 更亮 ； 由 于 实 际 功 率 变 大 ， 整 个 灯 丝 发 热 更 快 ， 温 度 更 高 ，尤 其 在 搭 接 处 接 触 电 阻 比 其 它 地 方 大 ， 而 此 处 通 过 的 电 流与 灯 丝 其 它 地 方 相 同 ， 由 焦 耳 定 律

7、可 知 ， 此 处 单 位 时 间 内发 热 最 多 ， 温 度 最 高 ， 很 快 达 到 钨 丝 的 熔 点 而 熔 断 。 二 、 巩 固 练 习 1、 灯 丝 通 常 是 在 被 烧 断 ， 这 是 为 什么 ？ 这 个 现 象 说 明 灯 丝 的 电 阻 随 的 升 高 而 增大 ， 请 设 计 实 验 验 证 这 个 结 论 。 开 灯 瞬 间开 灯 瞬 间 灯 丝 温 度 低 ， 电 阻 小 ， 通 过 的 电 流 大 ，由 P=UI可 知 其 实 际 功 率 很 大 ， 发 热 很 快 ， 温 度瞬 间 若 达 到 钨 丝 熔 点 就 熔 断 。 2、 白 炽 灯 是 热 得

8、发 光 ， 消 耗 的 电 能 绝 大 部 分 转 化成 热 能 ， 转 化 为 光 能 其 实 是 副 产 品 ， 因 此 发 光 效率 很 低 ， 现 有 “ 220V、 11W”节 能 灯 的 亮 度 与“ 220V、 60W”白 炽 灯 相 当 ， 全 国 假 设 有 5000万只 “ 220V、 60W”的 白 炽 灯 ， 全 部 换 成 11W的 节能 灯 ， 每 天 以 使 用 2h计 ， 一 个 月 （ 30天 ） 能 节 约多 少 电 能 ？ 相 当 于 节 约 多 少 煤 ？（ q=3 107J/kg） 。 解 ： 一 个 月 节 约 的 电 能 ： 75 10 (60 1

9、1 ) 30 2 3600W P t w w s 3、 有 人 说 节 能 灯 虽 好 ， 但 是 太 贵 不 划 算 ， 小 明 了 解 到 一些 相 关 数 据 如 下 ： 通 过 计 算 说 明 哪 一 种 更 便 宜 ？ （ 提 示 ：比 较 两 种 灯 具 使 用 相 同 时 间 所 需 的 买 灯 具 费 用 和 所 需 缴纳 的 电 费 之 和 ）灯 具 类 别 节 能 灯 白 炽 灯 额 定 电 压 （ V） 220 220额 定 功 率 （ W） 11 60灯 具 价 格 （ 元 /只 ） 20 1.5平 均 寿 命 （ h） 5000 1000电 价 （ 元 /kw.h）

10、0.5 材 料 ： 如 果 玻 壳 里 充 满 空 气 ， 那 么 通 电以 后 ， 钨 丝 温 度 升 高 到 2000 以 上 ， 空 气 中的 氧 气 就 会 对 它 毫 不 留 情 地 发 动 袭 击 ， 使 它很 快 被 烧 断 ， 同 时 生 成 一 种 黄 白 色 的 三 氧 化钨 ， 附 着 在 玻 壳 内 壁 和 灯 内 部 件 上 。 要 是 玻壳 里 残 留 的 空 气 比 较 少 ， 那 么 上 面 讲 的 过 程就 会 进 行 得 慢 一 些 ， 钨 跟 空 气 中 的 氧 化 合 生成 一 薄 层 蓝 色 的 三 氧 化 二 钨 和 氧 化 钨 的 混 合物 。 这

11、 些 都 是 空 气 玩 的 把 戏 空 气 里 的 氧气 使 高 温 的 钨 丝 氧 化 了 。 所 以 钨 丝 灯 泡 要 抽成 真 空 ， 把 空 气 统 统 清 除 出 去 。 4、 白 炽 灯 灯 丝 为 何 用 钨 丝 制 作 ？ 灯 泡 用 久 了 ， 灯 泡 壁 会 发 黑 ， 是 因 为 灯 丝先 而 后 又 的 缘 故 。 白 炽 灯 泡 功 率 小的 都 抽 成 真 空 ,其 作 用 主 要 是 防 止 钨 在 高 温下 的 _.白 炽 灯 泡 功 率 大 的 要 充 入 氮 、 氩 等 气 体 ，其 作 用 主 要 是 阻 碍 钨 丝 在 高 温 下 的 _. 5、 在

12、 傍 晚 和 深 夜 ， 灯 泡 的 亮 度 有 什么 不 同 ？ 你 能 解 释 吗 ？ 傍 晚 是 用 电 高 峰 ， 用 电 器 总 功 率 很 ， 由 I=P/U可 知 ， 干 路 电 流 会 很 ， 而 输 电 线 是 有 电 阻 的 ，干 路 输 电 线 由 于 通 过 的 电 流 较 ， 导 致 干 路 导 线损 失 的 电 压 较 多 ， 而 电 源 总 电 压 是 不 变 的 ， 于 是各 支 路 用 电 器 两 端 的 电 压 较 ， 使 其 实 际 功 率较 ， 灯 泡 较 。 反 之 ， 深 夜 干 路 损 失 的 电 压 较 ， 支 路 两 端 电压 变 ， 用 电

13、器 实 际 功 率 变 ， 灯 变 。 6、 路 灯 由 于 长 时 间 、 不 间 断 发 光 ， 因 此 容 易 坏 ， 导 致更 换 频 繁 ， 其 实 可 适 当 降 低 其 功 率 ， 既 不 影 响 照 明 ， 却会 大 大 延 长 其 寿 命 ， 现 有 一 只 “ 220V、 100W”的 路 灯 ，给 它 串 联 一 只 电 阻 ， 路 灯 的 实 际 功 率 为 81W， 问 这 个电 阻 应 为 多 大 ？ 这 样 做 还 有 什 么 好 处 ？ 解 ： 灯 泡 电 阻 R= 实 际 功 率 为 81W时 灯 泡 的 实 际 电 压 U= 灯 泡 的 实 际 电 流 I=

14、电 阻 两 端 的 电 压 为 ，电 流 为 ， 所 以 电 阻 值 为 ： 若 路 灯 所 在 的 支 路 两 端 电 压 刚 好 为 220V， 则 串 联 电 阻 前这 个 支 路 的 功 率 为 100W， 串 联 一 个 电 阻 后 支 路 总 电 阻增 大 ， 由 P=可 知 ， 支 路 总 功 率 变 即 路 灯 和 电阻 的 总 功 率 小 于 100W,所 以 串 联 一 个 电 阻 可 以 。 在 所 有 用 电 的 照 明 灯 具 中 ， 白 炽 灯 的 效 率 是 最 低 的 ，它 所 消 耗 的 电 能 只 有 很 小 的 部 分 ， 即 12% 18%可 转 化 为

15、光 能 ， 而 其 余 部 分 都 以 热 能 的 形 式 散 失 了 。 至 于 照 明 时 间 ，这 种 电 灯 的 使 用 寿 命 通 常 不 会 超 过 1000小 时 。据 介 绍 ， 紧 凑 型 荧 光 灯 售 价 约 是 白 炽 灯 泡 的 10倍 ，但 寿 命 是 后 者 的 6倍 ， 而 且 同 等 亮 度 的 产 品 ， 荧 光 灯 耗电 量 不 足 白 炽 灯 泡 的 四 分 之 一 。 随 着 新 产 品 的 不 断 出 现 ，新 型 光 源 也 不 断 诞 生 ， 譬 如 LED发 光 二 极 管 ， 是 一 种 半导 体 固 体 发 光 器 件 ， 被 称 为 第

16、四 代 照 明 光 源 或 绿 色 光 源 ，具 有 节 能 、 环 保 、 寿 命 长 、 体 积 小 等 特 点 ， 使 用 寿 命 可达 6万 到 10万 小 时 ， 比 传 统 光 源 寿 命 长 10倍 以 上 ； 电 光功 率 转 换 接 近 100%， 相 同 照 明 效 果 比 传 统 光 源 节 能80%以 上 。 限 制 白 炽 灯 的 应 用 ， 一 般 应 使 用 荧 光 灯 ， 主 要 是 自 镇流 荧 光 灯 代 替 白 炽 灯 ； 在 一 些 开 关 频 繁 、 要 求 调 光 、 有 特殊 装 饰 要 求 的 场 所 ， 以 及 商 场 重 点 照 明 等 ，

17、宜 选 用 卤 素 灯 。限 制 白 炽 灯 应 用 ， 当 前 重 点 是 宾 馆 和 家 庭 两 类 场 所 ： 对 宾馆 主 要 靠 设 计 师 、 装 饰 工 程 师 和 建 设 单 位 共 同 努 力 ， 增 强节 能 观 念 和 责 任 来 解 决 ； 对 家 庭 主 要 靠 政 府 运 用 价 格 政 策引 导 。荧 光 灯 分 传 统 型 荧 光 灯 和 无 极 荧 光 灯 ， 传 统 型 荧 光 灯即 低 压 汞 灯 ， 是 利 用 低 气 压 的 汞 蒸 气 在 放 电 过 程 中 辐 射 紫外 线 ， 从 而 使 荧 光 粉 发 出 可 见 光 的 原 理 发 光 ， 因

18、 此 它 属 于低 气 压 弧 光 放 电 光 源 。卤 素 灯 泡 (Halogenlamp)， 亦 称 钨 卤 灯 泡 ， 是 白 炽 灯的 一 种 。 原 理 是 在 灯 泡 内 注 入 碘 或 溴 等 卤 素 气 体 。 在 高 温下 ， 升 华 的 钨 丝 与 卤 素 进 行 化 学 作 用 ， 升 华 的 钨 会 重 新 凝固 在 钨 丝 上 ， 形 成 平 衡 的 循 环 ， 避 免 钨 丝 过 早 断 裂 。 因 此卤 素 灯 泡 比 白 炽 灯 更 长 寿 。 传 统 白 炽 灯 （ 钨 丝 灯 ） 耗 能 高 、 寿 命 短 ， 在 全 球 资 源紧 张 的 大 环 境 下 ， 已 渐 渐 被 各 国 政 府 禁 止 生 产 ， 随 之 替 代 产 品 是 电 子 节 能 灯 ， 电 子 节 能 灯 虽 然 提 高了 节 能 效 果 ， 但 由 于 使 用 了 诸 多 污 染 环 境 的 重 金 属 元 素 ，又 有 悖 于 环 境 保 护 的 大 趋 势 。 随 着 LED技 术 的 高 速 发 展LED照 明 逐 渐 成 为 新 型 绿 色 照 明 的 不 二 之 选 。 LED在 发光 原 理 、 节 能 、 环 保 的 层 面 上 都 远 远 优 于 传 统 照 明 产 品 。