Question

6．黑夜看不見開關(guān)位置，為此小徐設(shè)計(jì)了如圖1的電路．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接通b時(shí)，照明燈亮，指示燈滅，避免指示燈費(fèi)電；S接通a時(shí)，照明燈滅，指示燈亮．指示燈規(guī)格為“10V，1W”．

（1）指示燈正常工作時(shí)的電流是多少？
（2）為使指示燈正常發(fā)光，需串聯(lián)阻值多大的電阻？
（3）若照明燈正常工作6h，這段時(shí)間內(nèi)照明燈需消耗多少度的電能？
（4）如果電源電壓變?yōu)?00V，照明燈的實(shí)際功率是多少？（假設(shè)照明燈的電阻不隨溫度變化而變化）
（5）將圖2照明燈（白熾燈）的能量流程圖補(bǔ)充完整．

Answer 1

分析 （1）指示燈正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出指示燈正常工作時(shí)的電流；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出串聯(lián)電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出串聯(lián)電阻的阻值；
（3）照明燈正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)W=Pt求出照明燈正常工作6h消耗的電能；
（4）根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出照明燈的電阻，再根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電源電壓變?yōu)?00V時(shí)的實(shí)際功率；
（5）照明燈的能量轉(zhuǎn)化是將電能轉(zhuǎn)化為光能和內(nèi)能，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：（1）由P=UI可得，指示燈正常工作時(shí)的電流：
I_指示燈=$\frac{{P}_{指示燈}}{{U}_{指示燈}}$=$\frac{1W}{10V}$=0.1A；
（2）因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，且指示燈正常發(fā)光，
所以，串聯(lián)電阻兩端的電壓：
U_R=U-U_指示燈=220V-10V=210V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，串聯(lián)電阻的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{R}}$=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{指示燈}}$=$\frac{210V}{0.1A}$=2100Ω；
（3）照明燈正常工作時(shí)的功率P_照明燈=88W=0.088kW，
由P=$\frac{W}{t}$可得，照明燈正常工作6h消耗的電能：
W=P_照明燈t=0.088kW×6h=0.528kW•h=0.528度；
（4）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，照明燈的電阻：
R_照明燈=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{照明燈}}$=$\frac{（220V）^{2}}{88W}$=550Ω，
電源電壓變?yōu)?00V時(shí)的實(shí)際功率：
P_實(shí)=$\frac{{{U}_{實(shí)}}^{2}}{{R}_{照明燈}}$=$\frac{（200V）^{2}}{550Ω}$≈72.7W；
（5）照明燈消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，少部分轉(zhuǎn)化為光能，大部分轉(zhuǎn)化為熱輻射，如下圖所示：

答：（1）指示燈正常工作時(shí)的電流是0.1A；
（2）為使指示燈正常發(fā)光，需串聯(lián)阻值2100Ω的電阻；
（3）若照明燈正常工作6h，這段時(shí)間內(nèi)照明燈需消耗0.528度的電能；
（4）如果電源電壓變?yōu)?00V，照明燈的實(shí)際功率是72.7W；
（5）如上圖所示．

點(diǎn)評 本題考查了電功率公式和串聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律、電功公式、能量轉(zhuǎn)化的應(yīng)用等，要注意額定電壓下用電器正常工作．