论文部分内容阅读
“一线串珠”法就是通过某些“实验”、“实物”为线索，提出问题，应用相应的知识解决问题。在解决问题的过程中，要善于找出其知识点及知识结构，以点代面，由此及彼，举一反三，把各知识点有机的形局一体，从而达到事半功倍的效果。灯泡是我们日常生活中常用的的家用电器，在初中物理中，与灯泡相联系的知识点很多，由此涉及到很多问题。下面以一个标有“220V，60W” 的字样灯泡为例，说明如何用“一线串珠”法复习电学。
问题1 灯泡的工作原理是什么?
答：它是利用电流的热效应工作的。当电流通过灯丝时，灯丝热到发光状态就发出很亮的光，这种灯也因此叫白炽灯。
问题2 灯泡的灯丝用什么材料制成的?
答：电灯的灯丝是用熔点的钨丝制成的。因为灯泡发光时的温度在2000℃以上，用钨丝比较耐用。
问题3 两只这样的灯泡安装在照明电路中。应怎样连?
答：应该把它们并联在照明电路中。
问题4 灯泡所标字样的含义是什么?
答：“220V，60W”的含义是该灯泡的额定电压为220V，额定功率为60W。
问题5 该灯泡正常工作时的电流多大?电阻多大?
答：假设该灯泡正常工作时电流为I1，则P1=UI1，I1=P1／U=60W220V=0.27A,又P=U2／R，则其电阻R1=U2／P1(220V）2／60W=806.7Ω。
问题6 卡口灯泡和螺丝口灯泡的使用有何不同?
答：卡口灯泡中的灯丝两端都从灯泡尾部伸出，分别接火线和零线。螺丝口灯泡的灯丝一端则焊接在灯泡尾部的中心，一定要接在火线上，另一端则焊接在螺旋上，使用时为了做到安全用电，螺丝口灯座的螺旋套只准接在零线上，不准接在火线上。
问题7 每到晚上用电高峰时灯泡为什么会变暗?
答：因为每到晚上用电高峰时，接入电路的用电器增多，总电阻减少，则干路上的电流变大，由公式U=IR可知干路上分得的电压变大，灯泡两端分得的电压变小(因电源电压保持不变)，由P=U2／R可知灯泡的实际功率变小，所以灯泡变暗。
问题8 新买的灯泡为什么要比旧灯泡更亮?
答：白炽灯的灯丝在高温发光时要发生升华现象，使灯丝变细，电阻变大，所以旧灯泡消耗的实际功率变小，其亮度减弱。
问题9 如果一个额定电压和这个灯泡相同的灯泡，你如何根据灯丝的粗细比较这两只灯泡的额定功率的大小?
答：灯丝较粗的灯泡额定功率较小，灯丝较细的灯泡额定功率较大。因为灯泡中灯丝的材料相同、灯丝的长度相同，根据电阻定律R=ρL／S可知，S大，则R小；再根据P=U2／R，因为额定电压相同，有S大，R小，则P大。
问题10 该灯泡灯丝断了以后搭起来使用，总比原来亮，且容易损坏，损坏处往往是在搭接处，为什么?
答：灯丝断了以后再搭上去，灯丝的长度变短了电阻变小，灯泡的实际功率变大了所以灯泡比原来亮。正因为此时灯泡的实际功率大于额定功率，因而灯丝过热更易烧断。又由于灯丝搭接处接触不良，该处的电阻比原来大，整过灯丝各部分都是串联的，由P=I2R可知，该处的功率比其它地方大，因此，该灯泡再断丝，往往在搭接处。
问题11 灯泡总是在开灯的瞬间容易烧坏，而正常发光时却很少突然烧坏，为什么?
答：由于灯丝中钨的升华，灯丝变得粗细不均匀，细处电阻大，粗处电阻小，而通过灯丝粗细部分的电流相同，通电时间又相等，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，细处产生的热量多，温度也高。开灯前，灯丝温度低，电阻小，在开灯这一瞬间，通过灯丝的电流是正常发光的10倍，则由Q=I2Rt可知此时产生的热量约为正常时的100倍，这么多的热量会使变细的那部分灯丝达到或超过熔点，使灯丝熔断。而工作一段时间后，灯丝温度升高，阻值随着温度的升高而增大，灯的电流和功率接近额定值，因而不易损坏。
问题12 灯泡在使用时，为什么灯泡热到发光，而连接灯泡的导线却小怎么热?
答：由于连接灯泡的导线是串联接在电路中，通过灯丝和导线的电流相同，他们的通电时间相同，而灯丝的电阻远远大于导线的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt，灯泡产生的热量比导线产生的热量多得多，所以灯泡热到发光，而连接灯泡的导线却不怎么热。
问题13 一度电可供该灯泡正常工作多少小时?
答：1度电可供该灯正常工作的时间为t1，则由P=W/t得：
t1=W1／P1=1KWh／0.06kW=16.67h
问题14 该灯泡正常工作1min，通过的电量是多少?
答：该灯正常工作1min通过的电量为Q，则
Q=I1t2=0.27A×60s=16.2C
问题15 该灯正常工作6h要消耗多少电能?可使标有3000R/KWh的电能表表盘转多少转?
答：该灯正常工作6h消耗的电能为
W1=Pt3=0.06KW×6h=0.36KWh。若该灯正常工作6h电能表表盘转数为N，则3000R/KWh=N/0.36KWh，所以N=3000R/KWh×0.36KWh=1080R。
问题16 当把该灯泡与标有“220V，40W”的灯泡串联接入220V的电路中两灯泡的实际功率为多大?哪个灯泡亮些?若把这两个灯泡并联接到220V的电路中两灯泡的实际功率又为多大?哪个灯泡更亮?
答：由于该灯泡的电阻R1=U2/P1=(220V）2 /60W=806.7Ω
假设“220V，40W”字样灯泡的电阻为R2，则：
R2=U2／P2=(220V)2／40W=1210Ω
所以，当把这两灯泡串联接到达220V的电路中时：通过灯泡的电流为I=U/(R1+R2)=220V/(806.7Ω+1210Ω)=0.11A标有“220V，60W”的灯泡消耗的实际功率为P1实，则：
P1实=I2R1=(0.11A)2×806.7Ω=9.76W
标有”220V，40W“的灯泡消耗的实际功率为P2实，则：
P2实=I2R2=(0.11A)2×1210Ω=14.64W
故这时标有“220V，40W”字样的灯泡更亮。
若把这两个灯泡并联接到220V的电路中，由于并联电路两端的电压均相等，则两灯的实际电压均等于额定电压为220V，其实际功率等于额定功率。所以灯泡“220V，60W”消耗的实际功率为60W，灯泡“220V，40W”消耗的实际功率为40W。故这时灯泡“220V，60W”更亮。
问题17 为使该灯泡接入380V的电路中能正常发光，应在电路中串联一个多大的电阻?电阻的电功率多大?它在1min内产生的热量为多少?
答：假设应串联的电阻为R3两端的电压为U3，则：
U3=380V-220V=160V
通过它的电流与I1的电流相同，所以：
R3=U3/I1=160V/0.27A=592.59Ω
这个电阻的实际功率为：
P3=U3/I1=160V×0.27A=43.2W
这个电阻在1min产生的热量为：
Q=I12R3t3=(0.27A)2×592.59Ω×60s≈2592J
问题18 若在接这个灯泡的电路中接上一个大功率的电器(如：电暖器、电饭锅)时，灯泡为什么突然变暗?
答：这是因为照明电路由输电电路和工作电路串联而成。电源电压由这两部分电路分担，输电电路的电阻是由导线的规格和长度决定的，对一确定的电路是不变的，工作电路的总电阻R总=(220V)2／P总，与总功率成反比。在工作电路中突然接入大功率的用电器时，总电流就很大，这样输电电路上损失的电压就增多。因此，电灯两端的电压就减少，其消耗的实际功率也就减少，所以灯泡变得暗一些。
可见，通过“一线串珠”式的复习，利用一个灯泡，把电学中的电流、电压、电阻、电功率、电热、家庭用电等知识点串成一条知识链，环环相扣，层层深入，有观察、有思考、有计算，使知识再次系统化、网络化、实用易记。而且通过用实现生活中的现象说明物理问题，拉近了书本知识与实际应用的距离，通过实物，见物思理，引发多项发散思维，有利于培养同学们的智力和能力，提高综合素质。
（责任编辑 覃敬川）
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
问题1 灯泡的工作原理是什么?
答：它是利用电流的热效应工作的。当电流通过灯丝时，灯丝热到发光状态就发出很亮的光，这种灯也因此叫白炽灯。
问题2 灯泡的灯丝用什么材料制成的?
答：电灯的灯丝是用熔点的钨丝制成的。因为灯泡发光时的温度在2000℃以上，用钨丝比较耐用。
问题3 两只这样的灯泡安装在照明电路中。应怎样连?
答：应该把它们并联在照明电路中。
问题4 灯泡所标字样的含义是什么?
答：“220V，60W”的含义是该灯泡的额定电压为220V，额定功率为60W。
问题5 该灯泡正常工作时的电流多大?电阻多大?
答：假设该灯泡正常工作时电流为I1，则P1=UI1，I1=P1／U=60W220V=0.27A,又P=U2／R，则其电阻R1=U2／P1(220V）2／60W=806.7Ω。
问题6 卡口灯泡和螺丝口灯泡的使用有何不同?
答：卡口灯泡中的灯丝两端都从灯泡尾部伸出，分别接火线和零线。螺丝口灯泡的灯丝一端则焊接在灯泡尾部的中心，一定要接在火线上，另一端则焊接在螺旋上，使用时为了做到安全用电，螺丝口灯座的螺旋套只准接在零线上，不准接在火线上。
问题7 每到晚上用电高峰时灯泡为什么会变暗?
答：因为每到晚上用电高峰时，接入电路的用电器增多，总电阻减少，则干路上的电流变大，由公式U=IR可知干路上分得的电压变大，灯泡两端分得的电压变小(因电源电压保持不变)，由P=U2／R可知灯泡的实际功率变小，所以灯泡变暗。
问题8 新买的灯泡为什么要比旧灯泡更亮?
答：白炽灯的灯丝在高温发光时要发生升华现象，使灯丝变细，电阻变大，所以旧灯泡消耗的实际功率变小，其亮度减弱。
问题9 如果一个额定电压和这个灯泡相同的灯泡，你如何根据灯丝的粗细比较这两只灯泡的额定功率的大小?
答：灯丝较粗的灯泡额定功率较小，灯丝较细的灯泡额定功率较大。因为灯泡中灯丝的材料相同、灯丝的长度相同，根据电阻定律R=ρL／S可知，S大，则R小；再根据P=U2／R，因为额定电压相同，有S大，R小，则P大。
问题10 该灯泡灯丝断了以后搭起来使用，总比原来亮，且容易损坏，损坏处往往是在搭接处，为什么?
答：灯丝断了以后再搭上去，灯丝的长度变短了电阻变小，灯泡的实际功率变大了所以灯泡比原来亮。正因为此时灯泡的实际功率大于额定功率，因而灯丝过热更易烧断。又由于灯丝搭接处接触不良，该处的电阻比原来大，整过灯丝各部分都是串联的，由P=I2R可知，该处的功率比其它地方大，因此，该灯泡再断丝，往往在搭接处。
问题11 灯泡总是在开灯的瞬间容易烧坏，而正常发光时却很少突然烧坏，为什么?
答：由于灯丝中钨的升华，灯丝变得粗细不均匀，细处电阻大，粗处电阻小，而通过灯丝粗细部分的电流相同，通电时间又相等，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，细处产生的热量多，温度也高。开灯前，灯丝温度低，电阻小，在开灯这一瞬间，通过灯丝的电流是正常发光的10倍，则由Q=I2Rt可知此时产生的热量约为正常时的100倍，这么多的热量会使变细的那部分灯丝达到或超过熔点，使灯丝熔断。而工作一段时间后，灯丝温度升高，阻值随着温度的升高而增大，灯的电流和功率接近额定值，因而不易损坏。
问题12 灯泡在使用时，为什么灯泡热到发光，而连接灯泡的导线却小怎么热?
答：由于连接灯泡的导线是串联接在电路中，通过灯丝和导线的电流相同，他们的通电时间相同，而灯丝的电阻远远大于导线的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt，灯泡产生的热量比导线产生的热量多得多，所以灯泡热到发光，而连接灯泡的导线却不怎么热。
问题13 一度电可供该灯泡正常工作多少小时?
答：1度电可供该灯正常工作的时间为t1，则由P=W/t得：
t1=W1／P1=1KWh／0.06kW=16.67h
问题14 该灯泡正常工作1min，通过的电量是多少?
答：该灯正常工作1min通过的电量为Q，则
Q=I1t2=0.27A×60s=16.2C
问题15 该灯正常工作6h要消耗多少电能?可使标有3000R/KWh的电能表表盘转多少转?
答：该灯正常工作6h消耗的电能为
W1=Pt3=0.06KW×6h=0.36KWh。若该灯正常工作6h电能表表盘转数为N，则3000R/KWh=N/0.36KWh，所以N=3000R/KWh×0.36KWh=1080R。
问题16 当把该灯泡与标有“220V，40W”的灯泡串联接入220V的电路中两灯泡的实际功率为多大?哪个灯泡亮些?若把这两个灯泡并联接到220V的电路中两灯泡的实际功率又为多大?哪个灯泡更亮?
答：由于该灯泡的电阻R1=U2/P1=(220V）2 /60W=806.7Ω
假设“220V，40W”字样灯泡的电阻为R2，则：
R2=U2／P2=(220V)2／40W=1210Ω
所以，当把这两灯泡串联接到达220V的电路中时：通过灯泡的电流为I=U/(R1+R2)=220V/(806.7Ω+1210Ω)=0.11A标有“220V，60W”的灯泡消耗的实际功率为P1实，则：
P1实=I2R1=(0.11A)2×806.7Ω=9.76W
标有”220V，40W“的灯泡消耗的实际功率为P2实，则：
P2实=I2R2=(0.11A)2×1210Ω=14.64W
故这时标有“220V，40W”字样的灯泡更亮。
若把这两个灯泡并联接到220V的电路中，由于并联电路两端的电压均相等，则两灯的实际电压均等于额定电压为220V，其实际功率等于额定功率。所以灯泡“220V，60W”消耗的实际功率为60W，灯泡“220V，40W”消耗的实际功率为40W。故这时灯泡“220V，60W”更亮。
问题17 为使该灯泡接入380V的电路中能正常发光，应在电路中串联一个多大的电阻?电阻的电功率多大?它在1min内产生的热量为多少?
答：假设应串联的电阻为R3两端的电压为U3，则：
U3=380V-220V=160V
通过它的电流与I1的电流相同，所以：
R3=U3/I1=160V/0.27A=592.59Ω
这个电阻的实际功率为：
P3=U3/I1=160V×0.27A=43.2W
这个电阻在1min产生的热量为：
Q=I12R3t3=(0.27A)2×592.59Ω×60s≈2592J
问题18 若在接这个灯泡的电路中接上一个大功率的电器(如：电暖器、电饭锅)时，灯泡为什么突然变暗?
答：这是因为照明电路由输电电路和工作电路串联而成。电源电压由这两部分电路分担，输电电路的电阻是由导线的规格和长度决定的，对一确定的电路是不变的，工作电路的总电阻R总=(220V)2／P总，与总功率成反比。在工作电路中突然接入大功率的用电器时，总电流就很大，这样输电电路上损失的电压就增多。因此，电灯两端的电压就减少，其消耗的实际功率也就减少，所以灯泡变得暗一些。
可见，通过“一线串珠”式的复习，利用一个灯泡，把电学中的电流、电压、电阻、电功率、电热、家庭用电等知识点串成一条知识链，环环相扣，层层深入，有观察、有思考、有计算，使知识再次系统化、网络化、实用易记。而且通过用实现生活中的现象说明物理问题，拉近了书本知识与实际应用的距离，通过实物，见物思理，引发多项发散思维，有利于培养同学们的智力和能力，提高综合素质。
（责任编辑 覃敬川）
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”