Question

15．如图甲所示，额定电压为20V的灯泡L与滑动变阻器R串联接入电路，电源电压为24V．灯泡L的I-U图象如图乙所示，当灯泡正常发光时，求：

（1）通过灯泡的电流和灯泡所消耗的电功率．
（2）滑动变阻器接入电路的阻值．
（3）如果把普通灯泡都换成节能灯，请从能量转化的角度分析其优点．

Answer 1

分析 （1）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据图象读出通过灯泡的电流，利用P=UI求出灯泡所消耗的电功率；
（2）根据串联电路的电压特点求出变阻器两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值；
（3）根据白炽灯消耗的电能有很大一部分转化为内能，只有一小部分转化为光能；节能灯消耗的电能大部分转化为光能，据此进行解答．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电压U_L=20V，由图象可知通过灯泡的电流I_L=0.4A，
则灯泡所消耗的电功率：
P_L=U_LI_L=20V×0.4A=8W；
（2）因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U_R=U-U_L=24V-20V=4V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，滑动变阻器接入电路中的电阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{R}}$=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{L}}$=$\frac{4V}{0.4A}$=10Ω；
（3）白炽灯消耗的电能有很大一部分转化为内能，只有一小部分转化为光能，发光效率较低；
节能灯消耗的电能大部分转化为光能，发光效率较高；同等亮度下，节能灯的功率较低，因此使用节能灯可以节能．
答：（1）通过灯泡的电流为0.4A，灯泡所消耗的电功率为8W；
（2）滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω；
（3）节能灯消耗的电能大部分转化为光能，发光效率较高．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用以及节能灯能量的转化，从图象中获取有用的信息是关键．