灯光闪亮处 环境有不同

张廷一 蔡桂杰

摘 要：小灯泡接在不同的电路中，根据小灯泡的伏安特性曲线，利用闭合电路欧姆定律，再结合等效电源的伏安特性曲线，找到小灯泡的工作点，从而求出小灯泡的实际电功率.

关键词：不同电路;伏安曲线;闭合电路欧姆定律;等效电源法;小灯泡的电功率

高考中多次考查小灯泡的伏安特性曲线，且考察的难度在增大，下面归纳列举了小灯泡接在不同电路中求其电功率的方法.

1.利用小灯泡的伏安特性曲线和闭合电路欧姆定律求小灯泡的电功率.

例1如图1所示小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）的I-U图线.

（1）取4个这样的小灯泡串联后，接到12V的恒压电源后，求每个小灯泡上消耗的电功率.

（2）用一个定值电阻R和两个上述小灯泡连成如图2所示电路，接在内阻不计4V的电源上.已知流过R的电流为流过L2电流的2倍.则小灯泡L1、L2消耗的功率分别是多少.

解析（1）四个灯泡串联接到12V恒压电源两端，則每个灯泡分压3.00V，从图中看到，此时对应的电流为285mA，每个灯泡消耗的电功率为P=UI=3.00×0.285W=0.86W.

（2）由题意可知：E=I1R1+I2R2，I1=3I2，从图1中找电流值L1电流是L2的三倍关系，对应电压从图中查找，使得L1和L2两端的电压之和为4.00V，由图可知，，L1灯对应的工作点为M点，U1=3.60V时，I1=315mA，L2灯对应的工作点为点，U2=0.40V，I2=105mA，此时U1+U2=4.00V满足题目要求，如图3所示，L1灯的消耗的功率为1.13W;L2灯消耗的功率为0.04W.

反思利用小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的电阻值不是线性变化的，因灯泡的阻值随电流的变化而变化，根据小灯泡的I-U图象，结合闭合电路欧姆定律，求出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，再由电功率公式求出功率.

2.利用等效电源的伏安特性曲线和小灯泡的伏安特性曲线求小灯泡的功率

例2如图4所示通过实验绘制的小灯泡的伏安特性曲线.

（1）已知电源的电动势E1=8V.内阻不计.把一定值电阻10Ω和上述两个小灯泡连成电路如图5所示，则小电珠消耗的功率.

（2）把本题中的两个相同的小灯泡L和定值电阻R=9Ω，连成如图6所示电路，若源电动势E2=6.0V，内阻r=1Ω求每个小灯泡的功率.

解析（1）当将两个小灯泡与电源相连时，定值电阻R视为电源的内阻，流过每个灯泡上的电流为I，两端电压为U，则有：8=U+20I.即：I=-0.05U+0.4.得到等效电源的I-U曲线，如图7（a）所示，U=2.0V，I=0.30A，P=IU=0.30×2.0W=0.60W.

（2）设每个小灯泡的电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律得：E1=2U+I（R+r）代入数据得：I=-0.2U+0.6，作出等效电源的I-U图像如图7（b）所示，与小电珠的特征曲线的交点坐标为小电珠工作时的电压和电流，U=1.6V，I=0.27AP=IU=1.6×0.27W=0.43W.即每个小电珠的功率为0.43W.

例3.如图8所示电路中，电源电动势E=12V，电源内阻r=2.0Ω，电阻R1=2.0Ω、R2=5.0Ω，图9为小灯泡的伏安特性曲线，求小灯泡的实际功率.

解析将电源、R1、R2视为一个整体，等效电动势E，=6V，等效内阻r，=6.0Ω，根据闭合电路欧姆定律，有UL=E，-Ir，=6.0-6.0I在图11所示的I-U坐标系中作出UL=6.0-6.0I的函数图线，交小灯泡伏安特性曲线于M点，则M点坐标表示流过灯的电流和两端电压如图12所示，图10

从图中得到IM=0.60A，UM=2.4V，则P灯=UMIM=1.44W

反思求灯泡消耗的实际功率较难，因灯泡的阻值随电流的变化而变化，此类题型用常规方法无法直接求流过小灯泡的实际电流和灯泡两端的电压，通过小电珠的伏安特性曲线，结合等效电源的伏安特性曲线，找到工作点，可以轻松求出小灯泡的电功率.

参考文献

[1]蔡桂杰.图像年年考高考最重要[J].物理教学探讨（学研版），2018（6）：43-45

作者简介：

张廷一（1981-），男，辽宁朝阳人，大学本科，中学一级教师;研究方向：高中物理习题教学、物理竞赛。工作单位：辽宁省朝阳市喀左蒙古族高级中学卓南分校物理组

蔡桂杰（1967-），男，辽宁朝阳人，大学本科，中学正高级教师，全国优秀教师;研究方向：高中物理习题教学;工作单位：辽宁省朝阳市喀左蒙古族高级中学卓南分校物理组