Question

小明同学学习了家庭电路知识后，他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．他查有关资料得知：日光灯的玻璃灯管实际上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______．
（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		150	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______．
（4）他利用学到的知识设计了一种可调节灯光亮度的电路，如图所示，将此电路接入家庭电路中时，A接______线（选：“火”“零”）．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220伏，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，此时小灯泡实际消耗的电功率是多少？（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，针对存在的缺陷在方框中画出一种改进后的电路图．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据题意“紫外线激发荧光物质使其发出可见光”进行解答；
（2）根据电功的实质进行解答，即灯丝发光发热是电能转化为内能；
（3）灯泡发光时同时发热，将电能转化为内能和光能，灯泡的温度越低，越省电；
（4）根据安全用电常识可知开关应控制火线；改变触点的位置，电路中的总电阻会随之改变，根据I=分析电路中电流的变化，电流越小，灯泡的亮度会变暗；先根据R=求出灯泡的电阻，然后根据欧姆定律求出电路中电流，再根据P=I²R求出小灯泡实际消耗的电功率；
（5）这个设计不可以连续改变灯泡的亮度，用一个滑动变阻器代替两个电阻与灯泡串联即可．
解答：解：（1）“光致发光”中的第一个“光”指的是紫外线；
故答案为：紫外线．
（2）白炽灯是靠电流通过灯丝产生的热效应来发光，故完整表格内容如下：

灯名称	发光原理	功率（W）	工作温度（℃）
白炽灯	电流的热效应	150	2400
日光灯	光致发光	40	50

（3）灯泡发光时，就是把电能转化为内能和光能，同样发光的情况下，荧光灯的温度比较低说明电能转化的内能比较少，耗电少；
故答案为：电能大部转化为内能，少部分转化为光能．
（4）当开关S扳向触点3时，灯泡最暗，
灯泡的电阻为R_L===484Ω；
电路中的电流为I===A，
此时小灯泡实际消耗的电功率为P_L′=I²R=（A）²R_L=25W；
答：灯泡实际消耗的电功率为25W．
（5）该同学设计的调光电路虽能调节灯泡的亮度，但是不能连续改变灯泡的亮度，可以用滑动变阻器与灯泡串联来调节亮度，电路图如下：

点评：本题考查电阻、电流、电功率的计算，以及电功的实质；关键是公式及其变形的灵活运用，能从题中获取信息的能力；难点是开关在不同位置时电路消耗电功率的判断和根据题意设计电路图的能力．