白炽灯中所蕴含的电学知识

戴同兰

白炽灯是物理电学中用得最多的电学器材之一，也是我们日常生活中常见的照明器材之一，白炽灯中包含了很多物理知识。通过这些知识的学习，可以进一步加深电学知识在实际生活中的应用，以及运用学生电学知识解决实际问题的能力。

1白炽灯的构造

（1）白炽灯的外壳为什么用玻璃？

玻璃壳体是绝缘体，并且具有透光性好的特点。

（2）为什么用钨做灯丝？

因为钨的电阻率大、熔点高。

（3）灯丝为什么做成螺旋状？

为了减少热量损失，提高灯丝温度。

（4）外形为什么要做成梨形的？

当灯泡做成梨形后，高温下的金属钨升华产生的钨蒸气随气流上升，遇到颈部温度较低的玻璃时，钨蒸气凝华而沉积下来，灯泡的下部就不易因变黑而影响照明。

（5）为什么灯泡内要抽成真空或充入惰性气体？

为了防止灯丝氧化，抑制钨的升华，提高灯丝的使用寿命。

（6）为什么额定电压相同，额定功率不同的灯泡灯丝粗细不同？

因为灯丝的长度是差不多的，在导体的材料和长度相同的情况下，导体的横截面积越大，电阻越小，所以灯丝越粗电阻越小，反之越大，根据P=U2/R可判断，在额定电压相同的情况下，灯丝越粗的灯泡，灯丝的电阻越小，灯泡的额定功率越大，灯丝越细的灯泡，其额定功率越小。

（7）灯泡上的铭牌“PZ220—40”是什么意思？PZ是普通照明灯泡中“普”和“照”的汉语拼音的第1个字母，表示灯泡的型号。“220—40”表示灯泡的额定电压是220 V，额定功率是40 W。在额定电压下，灯泡正常发光；实际电压低，发光较暗；实际电压偏高，灯泡较正常发光亮，长期这样使用会影响灯泡的寿命，甚至会烧坏灯泡。

2白炽灯的原理

（1）白炽灯根据什么原理工作的？

根据电流的热效应。

（2）用久的白炽灯泡内壁为什么会发黑？

构成灯丝的金属钨先升华后凝华附着在灯泡的内壁上。

（3）白炽灯发光时的能量是怎样转化的？

电能转化为内能和光能。

（4）白炽灯发光时灯丝和灯泡外壳（即玻璃）温度升高，内能增加的原因分别是什么？

因为白炽灯发光时的能量转化是将电能转化为内能和光能，所以燈丝温度升高，内能增加，是由于电流做功而引起的；灯泡外壳（即玻璃）温度升高，内能增加，是由于热传递引起的。

3白炽灯的亮度

（1）白炽灯的亮度由什么决定？

由灯泡的实际功率决定，实际功率越大越亮，反之越暗。

（2）用久了的白炽灯为什么没有新买时的灯亮？

因为灯丝升华后变细，电阻变大，根据P=U2/R可以知道，在实际电压相同的情况下，电灯的实际功率变小，从而亮度变暗。

（3）白炽灯为什么在开灯的瞬间容易烧断？灯丝的电阻随温度的升高而变大，在开灯的瞬间，灯丝的电阻变大，根据P=U2/R可以知道，在实际电压相同的情况下，电灯的实际功率变大，相同时间内产生的热量更多，所以开灯的瞬间灯丝容易烧断。

（4）白炽灯灯丝烧断后重新搭上，为什么会变亮？因为灯丝长度变短，导致电阻变小，根据P=U2/R知，在电源电压不变的情况下，灯泡实际消耗的电功率变大，所以电灯变亮。

（5）晚上用电高峰时，教室内电灯较暗，深夜时，电灯较亮，这是为什么？

因为在家庭电路中，可以将电路看成是用电器和导线串联，用电器两端的电压和导线两端的电压之和等于家庭电路的电压220 V，用电高峰时，同时使用的用电器较多，干路电流较大，导线分去的电压较多，用电器两端得到的电压较小，从而实际功率小，所以白炽灯发光较暗。而深夜时，同时使用的用电器较少，干路电流较小，分去的电压较少，用电器两端得到的电压大，从而实际功率大，所以白炽灯发光较亮。

（6）将额定电压相同、额定功率不同的2个灯泡接入电路，如何比较亮暗程度？如：甲灯标有“220 V 40 W”，乙灯标有“220 V 100 W”，两灯并联时哪个灯更亮？串联时哪个灯更亮？

根据R=U2/P可以知道，在额定电压相同的情况下，额定功率小的电灯电阻大，所以甲灯的电阻大于乙灯，又因为并联时，电功率的分配和电阻成反比，串联时，电功率的分配和电阻成正比，所以并联乙灯更亮，串联时甲灯更亮。

（7）将额定电压不同、额定功率相同的2个灯泡接入电路，如何比较亮暗程度？如：甲灯标有“220 V 40 W”，乙灯标有“36 V 40 W”，当它们都正常发光时，哪个灯更亮？两灯并联时哪个灯更亮？串联时哪个灯更亮？

当它们都正常发光时，实际功率等于额定功率，而两灯的额定功率相同，所以一样亮。根据R=U2/P可以知道，在额定功率相同的情况下，额定电压大的电灯电阻大，所以甲灯的电阻大于乙灯，又因为并联时，电功率的分配和电阻成反比，串联时，电功率的分配和电阻成正比，所以并联时乙灯更亮，串联时甲灯更亮。

（8）为什么白炽灯的发光效率比较低？

白炽灯是利用电流的热效应工作的，电流做功时，大部分电能转化为内能，只有少部分电能转化为光能，效率仅为10%～20%左右，可见，其效率是很低的。

（9）调光台灯是靠什么来调节灯泡的亮度？

在电路中将滑动变阻器或电位器与灯泡串联，靠改变变阻器接入电路中电阻丝的长度来改变电路中电阻的大小，从而改变电路中电流的大小来实现调节灯泡亮度的目的。

4白炽灯的使用

（1）白炽灯在发光与不发光时的电阻是否一样？

不一样，因为灯丝的电阻随温度的升高而变大，所以白炽灯在正常发光时的电阻比不发光时的电阻要大。

（2）在连接白炽灯的灯头线时，为什么通常在灯头内用电线打一个保险扣？

防止灯头脱落。

（3）安装螺丝口电灯应注意什么？

应把与螺旋套相连的接线柱接到零线上，火线进开关后，另一个接线柱接在灯头有金属弹簧片的接线柱上。

（4）白炽灯的连接是怎样的？

为了使各个灯泡工作时互不影响，每个灯泡之间采用并联的方式。为了安全，控制灯的开关必须与灯泡串联，并且开关应接在火线上。

（5）某个灯泡不亮，用测电笔接触灯头两接线柱，氖管都亮，为什么？

进户的零线断了或与零线相连的导线断了。