Question

6．黑夜看不见开关位置，为此小徐设计了如图1的电路．当单刀双掷开关S接通b时，照明灯亮，指示灯灭，避免指示灯费电；S接通a时，照明灯灭，指示灯亮．指示灯规格为“10V，1W”．

（1）指示灯正常工作时的电流是多少？
（2）为使指示灯正常发光，需串联阻值多大的电阻？
（3）若照明灯正常工作6h，这段时间内照明灯需消耗多少度的电能？
（4）如果电源电压变为200V，照明灯的实际功率是多少？（假设照明灯的电阻不随温度变化而变化）
（5）将图2照明灯（白炽灯）的能量流程图补充完整．

Answer 1

分析 （1）指示灯正常工作时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出指示灯正常工作时的电流；
（2）根据串联电路的电压特点求出串联电阻两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出串联电阻的阻值；
（3）照明灯正常工作时的功率和额定功率相等，根据W=Pt求出照明灯正常工作6h消耗的电能；
（4）根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出照明灯的电阻，再根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出电源电压变为200V时的实际功率；
（5）照明灯的能量转化是将电能转化为光能和内能，据此进行解答．

解答 解：（1）由P=UI可得，指示灯正常工作时的电流：
I_指示灯=$\frac{{P}_{指示灯}}{{U}_{指示灯}}$=$\frac{1W}{10V}$=0.1A；
（2）因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，且指示灯正常发光，
所以，串联电阻两端的电压：
U_R=U-U_指示灯=220V-10V=210V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，串联电阻的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{R}}$=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{指示灯}}$=$\frac{210V}{0.1A}$=2100Ω；
（3）照明灯正常工作时的功率P_照明灯=88W=0.088kW，
由P=$\frac{W}{t}$可得，照明灯正常工作6h消耗的电能：
W=P_照明灯t=0.088kW×6h=0.528kW•h=0.528度；
（4）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，照明灯的电阻：
R_照明灯=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{照明灯}}$=$\frac{（220V）^{2}}{88W}$=550Ω，
电源电压变为200V时的实际功率：
P_实=$\frac{{{U}_{实}}^{2}}{{R}_{照明灯}}$=$\frac{（200V）^{2}}{550Ω}$≈72.7W；
（5）照明灯消耗的电能转化为内能，少部分转化为光能，大部分转化为热辐射，如下图所示：

答：（1）指示灯正常工作时的电流是0.1A；
（2）为使指示灯正常发光，需串联阻值2100Ω的电阻；
（3）若照明灯正常工作6h，这段时间内照明灯需消耗0.528度的电能；
（4）如果电源电压变为200V，照明灯的实际功率是72.7W；
（5）如上图所示．

点评 本题考查了电功率公式和串联电路的特点以及欧姆定律、电功公式、能量转化的应用等，要注意额定电压下用电器正常工作．