燈光閃亮處 環境有不同

張廷一 蔡桂杰

摘 要：小燈泡接在不同的電路中，根據小燈泡的伏安特性曲線，利用閉合電路歐姆定律，再結合等效電源的伏安特性曲線，找到小燈泡的工作點，從而求出小燈泡的實際電功率.

關鍵詞：不同電路;伏安曲線;閉合電路歐姆定律;等效電源法;小燈泡的電功率

高考中多次考查小燈泡的伏安特性曲線，且考察的難度在增大，下面歸納列舉了小燈泡接在不同電路中求其電功率的方法.

1.利用小燈泡的伏安特性曲線和閉合電路歐姆定律求小燈泡的電功率.

例1如圖1所示小燈泡L（額定電壓3.8V，額定電流0.32A）的I-U圖線.

（1）取4個這樣的小燈泡串聯后，接到12V的恒壓電源后，求每個小燈泡上消耗的電功率.

（2）用一個定值電阻R和兩個上述小燈泡連成如圖2所示電路，接在內阻不計4V的電源上.已知流過R的電流為流過L2電流的2倍.則小燈泡L1、L2消耗的功率分別是多少.

解析（1）四個燈泡串聯接到12V恒壓電源兩端，則每個燈泡分壓3.00V，從圖中看到，此時對應的電流為285mA，每個燈泡消耗的電功率為P=UI=3.00×0.285W=0.86W.

（2）由題意可知：E=I1R1+I2R2，I1=3I2，從圖1中找電流值L1電流是L2的三倍關系，對應電壓從圖中查找，使得L1和L2兩端的電壓之和為4.00V，由圖可知，，L1燈對應的工作點為M點，U1=3.60V時，I1=315mA，L2燈對應的工作點為點，U2=0.40V，I2=105mA，此時U1+U2=4.00V滿足題目要求，如圖3所示，L1燈的消耗的功率為1.13W;L2燈消耗的功率為0.04W.

反思利用小燈泡的伏安特性曲線可知小燈泡的電阻值不是線性變化的，因燈泡的阻值隨電流的變化而變化，根據小燈泡的I-U圖象，結合閉合電路歐姆定律，求出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，再由電功率公式求出功率.

2.利用等效電源的伏安特性曲線和小燈泡的伏安特性曲線求小燈泡的功率

例2如圖4所示通過實驗繪制的小燈泡的伏安特性曲線.

（1）已知電源的電動勢E1=8V.內阻不計.把一定值電阻10Ω和上述兩個小燈泡連成電路如圖5所示，則小電珠消耗的功率.

（2）把本題中的兩個相同的小燈泡L和定值電阻R=9Ω，連成如圖6所示電路，若源電動勢E2=6.0V，內阻r=1Ω求每個小燈泡的功率.

解析（1）當將兩個小燈泡與電源相連時，定值電阻R視為電源的內阻，流過每個燈泡上的電流為I，兩端電壓為U，則有：8=U+20I.即：I=-0.05U+0.4.得到等效電源的I-U曲線，如圖7（a）所示，U=2.0V，I=0.30A，P=IU=0.30×2.0W=0.60W.

（2）設每個小燈泡的電壓為U，電流為I，由閉合電路歐姆定律得：E1=2U+I（R+r）代入數據得：I=-0.2U+0.6，作出等效電源的I-U圖像如圖7（b）所示，與小電珠的特征曲線的交點坐標為小電珠工作時的電壓和電流，U=1.6V，I=0.27AP=IU=1.6×0.27W=0.43W.即每個小電珠的功率為0.43W.

例3.如圖8所示電路中，電源電動勢E=12V，電源內阻r=2.0Ω，電阻R1=2.0Ω、R2=5.0Ω，圖9為小燈泡的伏安特性曲線，求小燈泡的實際功率.

解析將電源、R1、R2視為一個整體，等效電動勢E，=6V，等效內阻r，=6.0Ω，根據閉合電路歐姆定律，有UL=E，-Ir，=6.0-6.0I在圖11所示的I-U坐標系中作出UL=6.0-6.0I的函數圖線，交小燈泡伏安特性曲線于M點，則M點坐標表示流過燈的電流和兩端電壓如圖12所示，圖10

從圖中得到IM=0.60A，UM=2.4V，則P燈=UMIM=1.44W

反思求燈泡消耗的實際功率較難，因燈泡的阻值隨電流的變化而變化，此類題型用常規方法無法直接求流過小燈泡的實際電流和燈泡兩端的電壓，通過小電珠的伏安特性曲線，結合等效電源的伏安特性曲線，找到工作點，可以輕松求出小燈泡的電功率.

參考文獻

[1]蔡桂杰.圖像年年考高考最重要[J].物理教學探討（學研版），2018（6）：43-45

作者簡介：

張廷一（1981-），男，遼寧朝陽人，大學本科，中學一級教師;研究方向：高中物理習題教學、物理競賽。工作單位：遼寧省朝陽市喀左蒙古族高級中學卓南分校物理組

蔡桂杰（1967-），男，遼寧朝陽人，大學本科，中學正高級教師，全國優秀教師;研究方向：高中物理習題教學;工作單位：遼寧省朝陽市喀左蒙古族高級中學卓南分校物理組