电灯及其使用过程中涉及的物理知识

电灯是我们生活、学习中的好帮手，它应用了不少的物理知识，也是“从生活走向物理”的好教材之一。

1、电灯的工作原理

电灯是利用电流的热效应工作的。当电流通过灯丝时，灯丝热到白炽状态就发出明亮的光，将电能转化为灯丝的内能和光能，为我们服务。

2、制作电灯灯丝的材料

电灯的灯丝是熔点很高的钨丝制成的，因为灯泡发光时的温度在2000℃以上，钨丝熔点高不易被熔化。

3、电灯的灯丝绕成螺旋状的原因

灯泡发光时的温度在2000℃以上，灯丝绕成螺旋状是为了减少散热，提高灯丝的温度，以便更好的发光。

4、电灯要抽成真空，有的电灯还要充入惰性气体

为了防止钨在高温下氧化，小功率的灯泡都抽成真空。而60W以上的灯泡则要充入氮气、氩气等惰性气体，这些气体可以阻止钨丝在高温下的升华。

5、根据灯丝的粗细判断额定电压相同而额定功率不同的灯泡

灯丝较粗的灯泡额定功率较大，灯丝较细的灯泡额定功率较小。因为灯丝的材料相同、灯丝的长度相同，根据电阻的性质，导体横截面积越大，电阻越小。由P=U²/R可知，当额定电压相同时，横截面积越大的灯丝，电阻越小，额定功率越大。

6、比较电灯的亮度

灯泡的亮度是由灯泡消耗的实际功率决定的，实际功率大的灯泡亮。

例如“220V 25W”和“220V 100W”的两个灯泡，根据R= U²/P可知，25W的灯泡电阻较大，100W的灯泡电阻较小。如果将两灯泡串联，由P= I²R可知，I相同，则R大，P大，所以25W的灯泡较亮。如果将两灯泡并联，由P=U²/R可知，U相同，则R大，P小，此时25W的灯较暗。

7、电灯用久了，灯泡壁变黑

灯泡使用时，钨丝在高温下升华为钨蒸气，灭灯后，温度降低，钨蒸气凝华为粉末状的细小钨颗粒附着凝结在灯泡壁上，时间长久自然就变黑了。

8、电灯的灯丝断了以后，如果搭接上显得更亮一些，但“搭上”后的灯泡使用寿命都不长

灯丝断了以后，再搭接上，长度变短，灯丝的电阻变小，由P=U²/R可知，当U不变时，R变小，P变大，所以显得更亮一些。但由于消耗的电功率变大了，发热更多，更容易使灯丝温度升高而再次烧断灯丝。

9、同一个电灯，深夜比傍晚亮的原因

实际的输电线路都存在一定的电阻，当傍晚进入用电高峰时，接入电路的用电器增多，致使干路中的电流增大。由于线路的电阻一定，由U灯=220V-U线可知，灯泡两端的电压深夜比傍晚高一些。再根据P=U²/R可知，当R相同时，U变大，P也变大，所以灯泡深夜比傍晚更亮。

10、电灯的灯丝在开灯的瞬间容易烧断

灯丝的电阻跟温度有关，会随温度的升高而增大，在开灯的瞬间灯丝温度较低，电阻较小，由I=U/R可知，当U不变，R越小，I越大，所以容易烧断。

11、在深夜，如果电灯两端的电压为230V，要使“PZ200-40”的电灯正常发光，应串联一个多大的电阻?

要使“PZ200-40”的灯泡正常发光，两端的电压必须达到220V，串联电阻R两端的电压U′=230V－220V=10V。而灯泡正常发光时两端的电流为I=P/U=40W/220V=2/11A，所以通过串联电阻R两端的电流I′=I=2/11A，R′=U′/I′=10V/（2/11A）=55Ω。

12、如果傍晚电灯两端的电压为210V，电灯消耗的实际功率

“PZ200-40”灯泡的电阻为:

R=U²/P=（220V）²/40W=1210Ω。在现实生活中，因为灯泡两端的电压只有210V，所以通过灯泡的实际电流为:

I′=U′/ R=210V/1210Ω=21/11A，灯泡消耗的实际功率为:

P=I′U′=210V×21/11A=26.4W。

通过计算说明实际功率比额定功率要小，即傍晚用电高峰时使用灯泡显得很暗。

13、电灯使用时，电灯和电线中电流相同，电灯和电线都要发热，可实际上电灯热得发光，电线的发热却觉察不出来

灯丝的电阻远远大于导线的电阻，根据焦耳定律Q=I²Rt，在I和t都相同时，电阻R越小，则Q越小，所以电流通过导线产生的热量较小，这就是灯泡热得发光，而电线发热却觉察不出来的原因。

在生活中，我们熟悉的电灯，充分运用了电学中的电流、电压、电阻、电功、电功率、热量等物理知识。可见，物理知识离我们并不遥远，它就在我们生活中，就在我们身边。

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