一道有趣的灯泡考题

一道有趣的灯泡考题

陆桂明

广西南宁市横县横州镇一中陆桂明

灯泡上面包含有许多重要的信息。如：灯丝的粗细、灯泡的额定电压、额定功率、灯泡的亮度、灯泡的实际功率等。

题目小芳家的一只灯泡烧坏了，妈妈找到了两只普通照明灯泡，可惜铭牌上的文字已经模糊不清。妈妈说：只记得它们的额定电压都是220V，其中一只额定功率是60W，另一只是25W，怎样才能知道哪一只是60W的灯泡呢？小芳很快想到了办法……

请你也来动动脑筋，至少想出两种方法，区分哪一只是额定功率为60W的灯泡。

该道题只提出问题，对所用的方法和条件没有限制，是一道开放性考题。因些我们可以充分联想，看哪些因素能够确定电功率的大小。

以下是一些同学们的解答情况：

（1）观察两只灯泡的灯丝，灯丝较粗的灯泡，额定功率是60W。

（2）将两只灯泡并联接入家庭电路中，亮度大的额定功率是60W。

（3）将两只灯泡串联接入家庭电路中，亮度大的额定功率是60W。

（4）断开其他所有用电器，分别把两灯接入家庭电路中，每次只让一个灯泡工作，分别测出两灯工作相同时间电能表转过的转数，转数较多的灯泡额定功率是60W。

（5）采用伏安法测量，分别用电压表和电流表测出两灯在正常发光时的电压U、电流I，利用公式P=UI计算得出哪个灯泡的额定功率是60W。

上面的五种判断方法中，哪些是正确、合理的？哪些是错误的呢？

分析方法（1）对于额定电压相同的白炽灯泡，灯丝越粗，额定功率越大。

这是因为灯丝横截面积越大，电阻越小，根据I=U/R、P=UI知，在额定电压相等的情况下，灯泡正常工作时的电流越大，其额定功率就越大。所以，此方法既简单又合理。

方法（2）家庭电路的电压都是220V，并联电路具有等压的特点。两灯并联接入家庭电路中，它们的实际电压等于额定电压，实际功率也等于额定功率，亮度大的灯泡额定功率较大。所以，亮度大的那只灯泡是60W。

方法（3）此方法与第二种方法不同之处是将两只灯泡串联接入家庭电路中。串联电路具有分压特点，两灯串联后接入家庭电路中，每一只灯泡两端的实际电压都比220V小，每个灯泡都不能正常发光。根据P额=U额I额=U2额/R，得R=U额2/P额，可以知道60W灯泡的电阻小。而串联电路又有等流特点，由P实=I2R，得60W灯泡的实际电功率小于25W灯泡，所以60W灯泡的亮度比较暗。也就是将两灯串联接入家庭电路后，额定功率小的灯泡比较亮，额定功率大的比较暗。因此，该方法的判断结果是错误的。

可以将方法（3）改为将两只灯泡串联接入家庭电路中，亮度小的灯泡额定功率是60W。

注：普通照明灯泡的亮度是由其实际功率的大小决定的，实际功率越大，灯就越亮；两灯串联后接入家庭电路中，每灯的实际功率不等于额定功率。

方法（4）电功率是表示电能消耗快慢的物理量（P=W/t）。相同时间内电能消耗多的电功率大，电能表的转盘转得较快。但要注意，实验时必须使其他的所有用电器断开，每次只能让一个灯泡工作。实验时，用秒表测出时间，可利用公式P=W/t算出电功率。

方法（5）是采用“伏安法”测量小灯泡电功率的方法，用电压表、电流表测出小灯泡正常发光时是电压和电流，再利用P=UI可以计算出电功率。理论上是可行，但由于初中实验室的条件和学生知识水平的限制，实际操作上不可行。

问题拓展实际生活中，额定电压都是220V的11W节能型日光灯亮度与60W白炽灯几乎一样，这是怎么回事呢？

我们说灯泡的亮度决定于它的实际功率，正常发光时实际功率等于额定功率。通过比较功率来比较它们的亮度时，必须是相同型号的灯泡。

白炽灯和节能灯是不同类型的灯，它们发光原理不同，发光效率也不同。

白炽电灯就是普通的照明电灯，它是利用电流的热效应制成的。当电流通过熔点很高的钨丝时，灯丝热到白炽状态，发出明亮的光。灯丝都是用很细的钨丝绕成的，为了更好地聚集热量，便把钨丝绕成螺旋状。螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达到2000℃以上，处于白炽状态而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。白炽灯只有相当少的能量转化成光能，大多部分能量白白浪费掉了。

节能灯的两极是普通的钨丝，钨丝通电发热后能发射出电子；当在灯管两侧加上比较高的电压时，这些电子就会在灯管里被加速，形成有一定速度和能量的电子流；灯管是被抽成真空的，里面充有汞，在灯管通电发热的情况下，这些汞由液态蒸发变成了气态，形成游离状态的汞原子。电子流中的电子以一定速度打在汞原子上，使汞原子受到激发，同时释放出紫外线光；在灯管的内壁涂了一些荧光物质,在紫外线光的轰击下，荧光物质能发出比较自然的光线，用于照明。

从能量转化来说，白炽灯的效率不比节能灯低，只是它的大部分能量花在热能上了，转换成光能的很少。节能灯从电能到光能的转化分两次，先是电能通过汞原子，转换为紫外辐射能；再通过荧光粉，转换成光能，总的转换效率为50%左右。因此，节能灯虽然瓦数较小，但是亮度却可以与瓦数较高的日光灯“媲美”。