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额定功率是指用电器正常工作时的功率,在直流电路中,额定电压与额定电流的乘积就是电器的额定功率。若用电器的实际功率大于额定功率,则用电器可能会损坏。以千瓦为单位。
在电工技术中,将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积,称为视在功率。用伏安或千伏安为单位。只有单口网络完全由电阻混联而成时,视在功率才等于平均功率。
功率是指物体在单位时间内所做的功,即功率是描述做功快慢的物理量。功的数量一定,时间越短,功率值就越大。
实际功率即用电物体在实际工作时的功率大小。
(来源:文章屋网 )
一、常规型——伏安法
例1 要测量一只额定电压为3.8V、允许通过的最大电流为0.32A的小灯泡的额定功率,现有如下器材:电流表、电压表、电池组、滑动变阻器、开关各一个,导线若干。根据现有器材,画出实验电路图。
解析:本题具备伏安法测电功率的电压表和电流表,直接用电压表测量电压,电流表测量电流即可,电路图如图1所示,移动滑动变阻器使电压表示数为3.8V即可。
二、电表异常型
例2 在测定小灯泡额定功率的实验中,电源电压为6V,小灯泡的额定电压为3.8V,在做实验时发现电压表3~15V量程挡坏了,而0~3V量程挡完好,其他实验器材完好,在不更换实验器材的条件下,怎样完成实验?
(1)画出实验电路图;
(2)说明小灯泡能否正常发光的方法和理由。
解析:由于电压表3~15V量程挡坏了,故只能用0~3V量程挡测量,而小灯泡的额定电压为3.8V,小灯泡正常工作时只能转换测量对象,用电压表测滑动变阻器两端的电压。
如图2所示连接好电路,使电压表并联在滑动变阻器两端,闭合开关S,移动滑动变阻器滑片P,使电压表示数为2.2V,则小灯泡两端电压为
UL=U-UP=6V-2.2V=3.8V。
即小灯泡两端电压为额定电压,小灯泡正常发光。记下此时电流表的示数I,则小灯泡的额定功率为P=ULI=3.8I(W)。
三、单一电表型
例3 给你电流表、滑动变阻器、已知阻值为R0的电阻器、电源、开关各一个,导线若干,要求测出一个额定电压为3.8V的小灯泡的额定功率,请设计实验电路图,写出小灯泡额定功率的表达式。
(1)根据电路图连接电路,先把电流表接入R0支路;
关键词:沉管隧道;工程造价;借用定额;费率适用
正文:
一、概述
目前国内建设工程项目大部分都采用工程量清单招投标方式,承包人中标后形成合同工程量清单及单价。由于沉管隧道工程的复杂性,新工艺、新材料纵多,计价体系涉及国家、地方及行业定额多种定额,在编制施工图预算过程中,合同约定的定额体系不能涵盖所有工序,难免会借用到其他行业(专业)的定额子目,这就出现了借用不同行业(专业)定额时费率的取费方式。××隧道项目采用建安费下浮方式招标,合同约定承包人根据施工图编制施工图预算,形成合同价款。本文从国家和地方的计价规定,工程造价的组成及预算定额消耗量编制的原则等方面进行分析,提出个人的意见,为工程造价编制中借用定额的费率取费方法提供参考。
二、借用定额费率适用现状
如前所述,由于××隧道工程的复杂性,合同约定确定工程造价的的计价文件涉及多专业、多行业、多级别、多阶段,涵盖了全国统一定额、地方定额、水利定额、沿海港口定额、航道疏浚定额。在适用的过程中难免会出现借用其他专业、其他行业定额子目的情况。这就涉及到借用非本专业定额子目时,其间接费的各项取费标准如何适用的问题。根据笔者的工作实践,在这种情况下一般有两种处理方法:一是只借用各种要素定额,即工料机消耗量标准,间接费各项费率仍按本项目所属行业的费用定额标准计取来计算费用。二是直接费和间接费均按所借用的定额体系标准来计算费用。实践中在借用定额子目部分编制的的金额不大的情况下使用第一种处理方法比较普遍。由于国内建设工程项目都是以工程量清单招标方式居多,承包人中标后形成了合同工程量清单单价,合同外项目涉及的借用定额子目对合同总价的影响不大,同时基本上都是在本行业不同专业的定额子目中借用,借用定额的取费差异问题并不突出。××隧道为建安费下浮方式招标,没有通常意义的合同工程量清单及单价,根据合同约定采用多行业的定额计价体系确定工程造价,跨行业借用定额子目较多,其费率计取标准的问题就有必要进行探讨。
三、借用定额费率适用分析
1、预算编制规定中费用构成的区别
我们以××隧道围堰工程的长管袋充填砂项目为例。根据合同约定,围堰工程造价采用××省水力水电建筑工程概算定额编制,相应的定额没有可选用的子目,借用沿海港口水工建筑工程参考定额。××省水力水电建筑工程单价组成为:(1)直接费(①定额基本直接费+②其他直接费(冬雨季及夜间施工增加费0.8%+夜间施工增加费0.5%+安全文明生产措施费0.3%+其他1.0%)+③现场经费7%)+(2)间接费6%+(3)利润7%+(4)价差+(5)税金3.48%=建筑工程单价沿海港口水工建筑工程单价组成为:(1)直接费(①基本直接费+②其他直接费(临时设施费1.253%+冬雨季及夜间施工增加费0.670%+材料二次搬运费0.318%+施工辅助费1.004%+施工队伍进退场费2.784%+沿海工程拖船费1.133%))+(2)企业管理费7%+(3)财务费用6%+(4)利润7%+(5)价差+(6)税金3.48%=建筑工程单价从上面两个计算式中可以看出,取费均以定额工程费为基数,即定额工料机基价为基数,但其他直接费及间接费的组成项目及费率标准不完成相同。每个行业、专业的预算编制都是结合自身的特点来规定的,比如沿海港口水工建筑工程的“外海工程拖船费”,在水利水电建筑工程中就没法适用,同时定额的基价也不一样。因此笔者认为在采用水利水电建筑工程概预算定额时借用其定额,就不宜全盘套用。如果费率的取费也全部借用的话,实际上是把围堰工程的长管袋充填砂项目从主体工程中脱离出来,改变其工程的类别。采用沿海港口水工建筑的定额及编制规定来编制工程造价,造价编制的基础不一样,这显然是不符合合同约定,也无法准确反映出真实价格水平。
2、适用的计价规范不同
如果借用的定额子目跨行业,就不仅涉及其他直接费及间接费的组成项目及费率标准不同,同时涉及适用的计价规范不同。如前所述的××隧道围堰工程的长管袋充填砂项目,借用沿海港口水工建筑工程参考定额子目,就涉及到计价规范的不同。按合同约定,围堰工程适用现行水利工程工程量清单计价规范,而借用的沿海港口定额适用的是水运工程工程量清单计价规范。两个计价规范对工程造价的组成项目归类并不完成相同,工程量的计算规则也不一样。长管袋充填砂项目执行水利工程工程量清单计价规范的工程量计算规则,借用沿海港口定额子目时,取费费率标准也全部借用,即单价组成按所借用定额的编制规定进行,按沿海港口建设工程概算预算编制规定,而执行的计价规范是水利工程工程量清单计价规范,计价体系混乱,并且不匹配。
3、预算定额中人工、材料及机械台班消耗量的分析
预算定额的人工工日数主要是以劳动定额为基础确定的,劳动定额是以现场观察测定资料为基础计算。预算定额消耗量是在劳动定额的基础上考虑了如超运距用工、人工幅度差等因素确定的;材料消耗量是按规范要求、设计图纸、换算、测定等方法考虑损耗量确定的;机械台班消耗量主要是在施工定额的基础上考虑机械幅度差确定的。由此可见,预算定额的消耗量标准不受预算的编制规定、计价规范的影响,不会因这些因素的改变而改变。有可能受行业、专业的工况不同有所影响,但在没有适用的定额前提下,借用其定额子目笔者认为可忽略其影响。
四、结论
综上所述,笔者认为从定额借用的本义理解,在工程造价编制中出现借用定额的情况,不论是跨行业还是跨专业,应根据所借用定额的人工、材料、机械定额消耗量标准,按本行业、专业单价进行换算后,纳入本专业定额规定的工程定额取费标准、编制办法、计价规范计费。如此需借用定额的项目不会改变主体工程适用的概算预算编制规定及计价规范,仅借用其定额消耗量,从上面的分析中我们得知预算定额消耗量标准受不同行业不同专业的影响有限,同时规避了不同定额基价不一致的情况,更能体现定额借用的本质含义。以上仅为笔者个人观点,不具有代表性。有不正确和不同理解之处,请各位专家和同仁指正。
参考文献:
[1]全国造价工程师执业资格考试培训教材编委会.建设工程计价(2014年修订).北京:中国计划出版社,2014
[2]建设部、国家质量监督检验检疫总局联合.《水利工程工程量清单计价规范》.北京:中国计划出版社,2007
[3]交通运输部.《水运工程量清单计价规范》.北京:中国计划出版社,2007
要点一:电功率
在物理学中,用电功率表示消耗电能的快慢.用电器每秒消耗的电能叫电功率.它可以通过公式P=W/t或P=UI来计算.另两个公式P=I2R,P=U2/R,这两个公式是根据P=UI结合欧姆定律I=U/R推出的,仅适用于将电能完全转化为内能的用电器或电路.
例1下列说法中错误的是().
A.电功率越大,用电器消耗的电能越快
B.1秒钟内导体消耗的电能越多,电功率越大
C.电流通过导体消耗的电能越多,电功率就越大
D.伏安是电功率的单位
解析物理学中,把电流在单位时间内消耗电能的多少叫做电功率.1秒内所消耗的电能越多,电功率就越大,所以B选项是正确的.电功率是表示电流做功快慢的物理量,电流通过用电器做功越快,其功率就越大.反之,用电器功率越大,电流做功越快,所以A是正确的.电功率的定义式P=W/t可以推导为P=UI,由公式可知,伏安是电功率的单位,所以D是正确的.因此只有C选项可能错误.由于用电器消耗电能多,并不代表每秒消耗多,因此不能说其功率一定大,所以C选项错误.
方法小结本题容易出错的地方在于将电功率与电能概念混淆,要确定电功率与电能的关系,必须明确时间,没有时间相等的前提说“消耗的电能越多,电功率就越大”是错误的.
例2三盏电灯A(220V,40W)、B(110V,40W)、C(36V,40W),当它们各自正常发光时,单位时间内所消耗的电能哪个最大?
解析电流通过电灯做功的过程就是消耗电能的过程,单位时间内做多少电功便消耗多少电能,当三盏电灯都正常发光时,虽工作电压各不相同,但其电功率都是40W,所以三盏灯每秒做的电功以及每秒消耗的电能都是40J,所以正确的答案是单位时间内三盏灯消耗的电能相同.
方法小结本题容易出错的地方在于不了解电功率的意义,误认为额定电压越高的电功率便越大,所以搞清电功率的意义是解决本题的关键.
要点二:额定功率与实际功率
用电器上标出的是正常工作时,应接入的电压叫做额定电压.用电器在额定电压下工作(正常工作)时的功率称为额定功率.实际功率是指用电器某一电压下工作时的功率,它随用电器的工作条件的变化而变化,当实际加在用电器两端的电压为额定电压时,实际功率就等于额定功率.当加在用电器两端的电压小于或大于额定电压时,实际功率就小于或大于额定功率,一般情况下这是不允许的.使用用电器时,应使加在用电器两端的电压等于或接近于额定电压,这样用电器才不至于损坏.
例3判断电灯亮度的主要依据是 ().
A.电能B.电流
C.额定功率D.实际功率
解析电灯通电发光,是电流热效应的应用,是电能转化为光能和内能.灯泡的亮度取决于1秒钟内消耗的电能,即实际功率.两个不同规格的灯泡串联在电路中,通过它们的电流是一样的,但它们的亮度却不同,显然灯泡的亮度不是取决于电流.同样,将一个“220V100W”,的灯泡接在200V的电路中使用,它的亮度没有正常工作时亮,因为此时的电压小于额定电压,其实际功率小于它的额定功率100W.所以选D.
方法小结灯泡的亮度是由它的电能转化为光能的多少决定的;电灯通电时产生的热量越多,温度越高,其转化率越高.而产生热量的多少是由它的实际功率决定的.
例4如图1甲所示:OA和OB分别为通过灯泡L1“6V6W”和L2“6V3W”中的电流随两端电压变化关系的曲线.小明现将两灯连入图1乙所示电路,要使其中一个灯泡正常发光,且电路安全,电路中电流表的示数为_______A,电压表的读数是_______V,电路消耗的总功率为_______W.
解析 因两灯串联,而串联电路电流处处相等,要保证电路安全,所以电路中所能达到的最大电流应以额定功率较小的灯泡作为依据.可见首先要求出两灯的额定电流I10=P10/U10=6W/6V=1A;I20=P20/U20=3W/6V=0.5A.由此可以得到电路中的最大电流为0.5A.此时L2正常发光.电流表示数为0.5A.当电流为0.5A时L1两端的电压则需要从图甲中寻找,可得L1两端的电压为2V.进而可得L1的实际功率为P1=U1I1=2V×0.5A=1W.而L2是正常发光,可知其实际功率等于额定功率3W,所以电路的总功率为P总=1W+3W=4W.
方法小结解本题的关键有两点:一是判定电路中的实际电流――以较小的额定电流为准;二是从图中找L1的实际电压.在找L1的实际电压时容易错解为:R1=U102/P10=(6V)2/6W=6Ω;再根据U1=IR1=0.5A×6Ω=3V.因为图甲的信息表明灯丝的电阻随电流变化而变化,当灯泡中的电流为0.5A时,其电阻不再是6Ω.所以一定要注意将图表中的信息运用到解题中来.
要点三:伏安法测小灯泡的电功率
伏安法测量小灯泡的电功率的实验原理是P=UI,需用器材有电流表、电压表和滑动变阻器.考点是电路的连接、电表量程的选择、电表的读数、故障分析和数据处理等.
例5如图2所示是测额定电压为2.5V小灯泡的额定功率的电路图.
(1)a是_______表,b是_______表.
(2)按图连接好器材,测量前开关应_______,
滑片P应滑到_______点.
(3)如果小灯泡的阻值约为10Ω,电源有两节干电池串联组成,电流表有量程0∽0.6A和0∽3A两挡,那么a表量程应选_______挡,b表量程选_______挡.
(4)闭合开关,发现小灯泡两端电压只有1.8V,滑动变阻器的滑片P向_______端移动,才能使电压表示数为_______V,此时灯泡实际功率就是额定功率.
(5)要测量的数据是_______和_______,计算灯泡的额定功率公式为_______.
解析由图可知是用电流表和电压表测定小灯泡额定功率电路.
(1)根据电流表、电压表的使用规则可以判断:a与电灯并联,是电压表;b与电灯串联,是电流表.
(2)为了避免接线错误,损坏电器,串联前开关应断开.滑动变阻器在电路中起分压作用,分去一部分电压,以保证小灯泡的安全使用,并得到需要的电压,测量前串入电路的电阻应是变阻器的最大值,所以滑片P应在B点.
(3)电源选用两节干电池,则电源电压为3V,且小灯泡的额定电压为2.5V,所以电压表a表的量程应选“0∽3V”挡,小灯泡的电阻约为10Ω,它在正常工作时的电流约为I=U/R=0.25A<0.6A,所以电流表b的量程应选“0∽0.6A”挡.
(4)当小灯泡两端电压为1.8V时,因没有达到其额定电压2.5V,所以其实际功率小于额定功率,为使小灯泡消耗的功率等于其额定功率,应提高小灯泡两端的电压,使其达到2.5V,所以减小滑动变阻器接入电路的电阻,以减小滑动变阻器两端电压,故滑片P应向A端移动.
(5)测定小灯泡的额定功率,依据是功率的公式P=UI,需要测量的是小灯泡两端的电压U和通过它的电流I.
方法小结测量小灯泡的电功率的实验是中考热点和难点.测量小灯泡的电功率的实验中,要关注电流表、电压表和滑动变阻器的接法以及电流表、电压表量程选择或限制作用.要明确滑动变阻器滑片移动对电路的影响.
例6为了测量一只标有“6.3V0.3A”的小灯泡的额定功率,某实验小组设计了如图3所示的电路图.现有实验器材为:电压表(量程0~3V,0~15V)一只,电流表(量程0~0.6A,0~3A)一只,“10Ω2A”和“50Ω1A”的滑动变阻器各一个,电源(电压恒为12V)一个,开关一只,导线若干.实验时,甲同学认为电压表和电流表都应选小量程,滑动变阻器应选“50Ω1A”的;乙同学认为电压表应选大量程,电流表应选小量程,滑动变阻器应选“10Ω2A”的.
请你对两位同学器材选择的合理性做出评价.
解析电学中电压表和电流表的量程选择比较容易,遵循“能用小量程测量的必须选小量程”的原则.本题中要测量额定电压为6.3V的小灯泡功率,则需使小灯泡在6.3V的电压下工作.若电压表选小量程,则无法测出灯泡的额定电压,所以电压表应选大量程(0~15V).由于小灯泡的额定电流为0.3A,所以电流表选用小量程(0~0.6A)即可满足要求.选用滑动变阻器的原则是当滑动变阻器的阻值为最大值时,灯泡两端电压要小于其额定电压,本题中小灯泡的电阻为21Ω,电源电压为12V,如果选“10Ω2A”的滑动变阻器,灯泡两端的实际电压约8.1V,远大于其额定电压,在这种情况下,若移动滑片改变电阻,只能使灯泡两端电阻逐渐变大,而无法达到6.3V.因此其结果是不仅不能测量出灯泡的额定功率,反而会损坏灯泡.所以答案为:
方法小结 对方案的评价可以从实验的可操作性、实验误差、科学性和操作规范等方面分析,找出不足.也可以结合经济、环保、是否存在隐患等角度出发去分析.
总体来说学好电功率需要注意以下几个方面的问题:
1.理解电功率是表示电流做功快慢的,而不是表示做功多少的.
一、2007江苏连云港市中考题
(3)下表为某小组的实验记录分析表:
标准答案:(1)0~15V R2 (2)滑动变阻器同时接到下面两个接线柱 灯泡断路 (3)1.52
第1、2小题答案笔者不再赘述,在第三小题中因为小电灯的额定电压是3.8V,而其中1、3两次实验灯的实际电压都明显低于或高于灯的额定电压,说明第1、3次的数据不是灯正常发光的电压和电流,这是由测量错误造成的,所以灯的额定电功率不能取3次结果的平均值,而应该取第二次灯正常发光的电功率。
二、2012扬州中考物理试题第28题
在“测定小灯泡额定功率”的实验中,电源电压为6V,小灯泡和额定电压为3.8V。
甲 乙 丙
(1)小明在连接实验电路时还有导线未接上,如图甲所示,请用笔画线代替导线把图甲中的电路连接好(导线不得交叉)。
(2)在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应该移到?摇 ?摇(A/B)端。
(3)实验时,要使小灯泡正常发光,应移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为?摇 ?摇V,此时电流表的示数如图乙所示,其示数为?摇 ?摇A,那么小灯泡的额定功率是?摇 ?摇W。
(4)小华为了得到比较准确的小灯泡额定功率,用同一套器材做了三次实验(她将电压表调到3.8V,图丙是其中一次实验所调的电压表示数),获得三组数据,并进行了三数据处理,如下表:
配套的答案:
1)电压表接线柱“15”接灯的右侧
2)A
3)3.8 0.7 2.66
不过,现代计算机评测室对G80显卡平台的测试过程中,发现这款顶级显卡并没有像官方所要求的那么苛刻,一般单卡平台使用额定350w或以上功率电源即可。下面,我们给大家搜罗了部分比较实惠的适用于高端平台的电源。
金河田劲霸ATX―S528
额定功率:350W
最大功率:400W
支持规范:Intel EPS 12V
PFC类型:被动
价格:390元
推荐理由:劲霸ATX-S528是金河田面向中高端市场推出的产品,具有350W额定功率,采用14cm低转速散热风扇,内部配备两级EMI滤波电路、高压滤波电容和开关变压器等规格足以保证电源稳定运行,非常适合用于主流双核机型。
航嘉多核DH6
额定功率:400W
最大功率:500W
支持规范:ATX12V 2.2
PFC形式:被动
价格:398元
推荐理由:这款航嘉DH6电源的最大卖点就是支持多核心处理器,采用Intel ATX 12V 2.2版规范,400W的额定功率可为顶级平台提供充足的电能。接口方面,采用20+4Pin主电源接口,提供5个D形口、2个PCI-E接口以及6个SATA接口,完全能满足多核平台的需要。
长城巨龙双动力500SP
额定功率:400W
最大功率:500W
支持规范:ATX12V 2.0
PFC类型:被动
价格:405元
推荐理由:作为符合最新ATX12V 2.0设计标准的服务器专用电源,巨龙双动力500SP电源凭借其成熟的双路供电、温控技术、双风扇散热等设计,以及充足的用料――巨大的纯铝制散热片、两个1000uF的输入电容、双滚珠散热风扇,制作工艺相当精湛。
全汉FSP400―60GLN
额定功率:400W
最大功率:500W
支持规范:ATX12V 2.0
PFC形式:主动
P=Fv①
汽车受力分析如图1所示,由牛顿第二定律,有
F-f=ma②
这是汽车启动问题,是同学们在高中阶段遇到的第一个过程复杂的物理问题.汽车启动涉及多个物理过程以及多个物理量的变化,所以同学们感到困难.事实上,只要抓住两个基本方程(见上文式①②),理清物理过程以及哪些物理量变、哪些物理量不变,就可以快速突破此类问题.
一、汽车以恒定功率启动
物理过程如图2所示.
由图2知,汽车先做加速度减小的加速运动,当加速度减为零时,速度达到最大值 vm=P/f.以后以此速度匀速运行.
例1 一辆电动自行车铭牌上的技术参数如下表所示:
一质量M=70 kg 的人骑此电动车沿水平直线公路行驶,所受阻力为车和人总重的0.02倍.若仅在电动车提供动力的情况下,以额定功率行驶,取 g=10 m/s2,则( )
(A) 此车行驶的最大速度为6 m/s
(B) 此车行驶的最大速度为7 m/s
(C) 此车速度为3 m/s 时的加速度为0.2 m/s2
(D) 此车速度为3 m/s 时的加速度为0.3 m/s2
解析:(1)设整车质量为 m,即 m=30 kg当 a=0时,汽车的牵引力等于阻力,即
F=f=002(M+m)g=20N,
故 vm=P/F=6 m/s.
(2)当 v1=3 m/s 时,汽车的牵引力为F1=P/v1=40N,由牛顿第二定律,得
此时的加速度
a1=(F1-f)/(M+m)=02 m/s2.
故正确选项为(A)、(C).
点评:本题是一个实际问题,提供的已知条件比较多,应根据建立的物理模型选用相关数据解决问题.本题中,只要能建构电动自行车是以额定功率行驶的,再和汽车启动相联系,就可以圆满解决.
二、汽车以恒定的加速度启动
物理过程如图3所示.
由图3知,汽车以恒定加速度启动时,阻力 f、牵引力F不变,速度 v 变大、功率P变大.当汽车的功率达到额定功率后,汽车则以恒定的功率行驶,其后牵引力F、加速度 a 都变小,当F=f 时,a=0,速度达到最大为 vm,之后汽车匀速行驶.
例2 质量为2 t 的汽车在平直公路上由静止开始运动,若保持牵引力恒定,则在 t1=30 s 内速度增大到 v1=15 m/s,这时汽车刚好达到额定功率,然后保持额定输出功率不变,再运动 t2=15 s 达到最大速度 v2=20 m/s,求:
(1)汽车的额定功率;
(2)汽车运动过程中受到的阻力;
一、灯泡正常发光
由于灯泡正常发光时,灯泡两端的实际电压等于灯泡的额定电压(即U实=U额),灯泡的实际功率等于灯泡的额定功率(即p实=p额),所以额定功率越大灯泡越亮。比如我们的家用电器都是并联的,工作时两端的实际电压都是它们的额定电压,因此家里用100W的灯泡比25W的灯泡要亮得多。
二、灯泡不正常发光
1.两只灯泡串联。根据串联电路的特点,通过两只灯泡的电流相等(即L1=L2),再由功率公式P实=L实可知,灯泡的电阻R越大,灯泡的实际功率P实越大,而实际功率越大灯泡越亮。由此可得出结论:在串联电路中,灯泡的电阻越大灯泡越亮(即在串联电路中,灯泡的亮度与灯泡的电阻成正比)。
2.两只灯泡并联。根据并联电路的特点,并联的两只灯泡两端的实际电压相等(即U1=U2 ), 再由功率公式可知,灯泡的电阻R越小,灯泡的实际功率P实越大,而实际功率越大灯泡越亮。由此可得出结论:在并联电路中,灯泡的电阻越小灯泡越亮(即在并联电路中,灯泡的亮度与灯泡的电阻成反比)。
例1:若把“220V 60W”,“220V 40W”的两盏灯L1和L2,并联起来后接到220V的电路中,哪一盏灯最亮?若把L1和L2串联在220V的电路中,哪一盏灯最亮?
【解析】根据并联电路的特点,L1和L2并联后,灯泡 L1两端的实际电压和灯泡L2两端的实际电压相等都是220V,都等于它们的额定电压,因此两灯L1和L2都正常发光,又由于灯泡L1的额定功率大于灯泡L2的额定功率,所以两灯并联时,L1灯泡 发光最亮。
根据题意可知,L1和L2串联后发光不正常,由得灯泡L1的电阻小于灯泡L2的电阻,又由于在串联电路中,灯泡的电阻越大灯泡越亮,所以灯泡L1和L2串联后,灯泡L2发光最亮。
例2:有三盏电灯甲、乙、丙,它们的规格分别是:甲灯“220V 100W”,乙灯“110V 100W”,丙灯“36V 100W”。若将它们并联在110V的电路上,比较它们的发光情况,应该是( )
A.甲灯最亮 B. 乙灯最亮 C. 丙灯最亮 D. 三盏灯一样亮
【解析】方法一:根据并联电路的特点,甲、乙、丙三盏电灯并联后,它们两端的实际电压都为110V,而丙灯的额定电压为36V小于实际电压110V,所以丙灯被烧毁,其实际功率为零;甲灯的额定电压为220V大于其实际电压110V,所以甲等的实际功率小于其额定功率100W;乙灯的额定电压为110V等于其实际电压110V,所以乙等的实际功率等于其额定功率100W。由此可知,乙等的实际功率最大,所以乙灯最亮。
方法二:由方法一的分析可知,丙灯被烧毁不亮,由于甲和乙是并联的,在并联电路中,灯泡的电阻越小灯泡越亮,由
可得甲灯的电阻大于乙灯的电阻,因此乙灯最亮。
例3:某同学在“探究影响电灯亮度的因素”时,把甲、乙两个小灯泡并联在电路中。闭合开关S后,甲、乙两灯均正常发光,但甲灯亮度比乙灯亮度大。下列说法正确的是( )
A.两灯均正常发光时,甲灯的电阻小于乙灯的电阻B.两灯均正常发光时,甲灯的功率等于乙灯的功率C.若将两灯位置对换,则乙灯亮度比甲灯亮度大D.如果将两灯串联在该电源上,甲灯亮度仍然会大于乙灯亮度
【解析】本题考查了灯泡亮度与电功率的关系。决定灯泡亮度的是灯泡的实际功率,甲灯亮度比乙灯亮度大,则甲的实际功率比乙的实际功率大,因为是并联电路,则根据并联电路的特点,甲、乙两端的实际电压是相等的,由公式
可知,甲灯的电阻小于乙灯的电阻;由于甲、乙两灯均正常发光,则两灯的P实=P额 ,又由于两灯均正常发光时,甲灯亮度比乙灯亮度大,则甲的实际功率比乙的实际功率大,所以甲的额定功率比乙的额定功率大;两灯的位置对换,并没有改变电流、电压及电阻,所以两灯发光的亮度与未换位置前相同;当两灯串联时,通过两灯的电流是相等的,根据功率公式P实=L2实R可知,甲灯的亮度要小于乙灯的亮度;故选项A正确。
例4:将两只额定电压相同的小灯泡L1和L2串联在电路中,闭合开关后,发现灯L1较亮,灯L2较暗,其原因是( )
A灯L1额定功率较大 B. 灯L2两端的实际电压较大C. 灯L1的电阻较大 D. 通过灯L1的电流较大
灯泡工作过程是电能转化为光能,灯泡亮暗主要决定于单位时间获得光能的多少,但是,由于灯泡消耗的电能并不能全部转化光能(不考虑何种颜色的光),所以,灯泡亮暗跟它的实际功率和灯泡工作时电能转化为光能效率(以下称发光效率,发光效率是指电能转化为光能与消耗的电能之比)有关。因此,判定灯泡亮暗要根据具体条件进行分析,笔者认为至少要分“同一类型灯泡(主要是指额定电压相同、发光效率相近)正常工作、同一盏灯泡在不同电压下工作、同类型但额定电压不同(如:均利用钨丝炽热发光、额定电压不同)灯泡不在额定电压下工作、不同类型灯泡(主要是指各类型灯泡各自的发光效率不同,如白炽灯、节能灯、LED灯)工作”等四种情况进行讨论才能比较有效科学地回答如何判定灯泡亮暗。
1 同一类型灯泡正常工作时亮暗取决于灯泡的额定功率
白炽灯工作原理:电流通过灯丝时,电流做功,产生电热,灯丝的温度升高,达到白炽状态而发光。对于额定电压相同、发光效率接近的一类型灯泡正常工作时它的实际功率等于额定功率,所以,灯泡正常工作时亮暗取决于灯泡的额定功率,额定功率越大,灯泡就越亮;反之灯泡越暗。
2 同一盏灯泡在不同电压下工作时亮暗取决于灯泡工作时的实际功率
白炽灯工作情景:电流通过的灯丝时,电流做功,产生电热,灯丝的温度升高,达到红炽状态就发光,由于灯丝温度比周围温度高,会向周围散热,当灯丝的温度升高到某一值时出现热平衡,灯丝保持一定的高温值,而这一温度跟灯泡两端的实际电压有关,灯泡两端的电压越高,通过的电流也越大,灯丝的温度越高,灯泡的发光效率也越高,它的实际功率也越大,灯泡更亮;反之灯泡越暗。
3 同类型但额定电压不同的灯泡不在额定电压下工作时亮暗还要考虑灯泡的发光效率
从第二点讨论可知,同一类型灯泡不在额定电压下工作时,电流通过灯泡的灯丝做功,灯丝发热发光,灯丝温度的高低将影响其发光的效率,灯丝的温度较低时发光的效率较低,灯丝的温度高低要看实际工作情况。所以,同类型额定电压不同的灯泡不在额定电压下工作时亮暗既要考虑灯泡的实际功率也要考虑灯泡的发光效率。下面,用几个特例进行理论分析,用一个实验加以验证。
3.1 实际功率相等亮度不一样
“12 V 12 W”灯L1、“6V3W”灯L2并联接在6V的电源上(设灯丝电阻变化忽略不计,下同),这两灯泡的亮度如何?根据条件可得两灯泡的实际功率都等于3W。但亮度却不一样,灯L1较暗,其原因是:灯L1的灯丝温度比正常发光时低,它的发光效率比正常发光低;而灯L2正常发光,它的发光效率与正常发光相同。因此,虽然灯L1和灯L2实际功率相等,但是,由于灯L1发光效率较低,灯L1的亮度比灯L2暗。
“12 V 12 W”灯L1、“6 V 3 W”灯L2串联接在12 V的电源上,同理可得出灯L1和灯L2实际功率都等于3 W,但是,由于灯L1发光效率较低,灯L2的亮度暗。
3.2 实际功率大较亮
“12 V 6 W”灯L1、“6 V 6 W”灯L2并联接在6 V的电源上,因为灯L2的实际功率6 W,灯L1的实际功率只有1.5W,且灯L1的灯丝温度比正常发光时低,它的发光效率比正常发光时低,可以判定出“6 V 6 W”灯泡比“12 V 6 W”亮。
“12 V 6 W”灯L1、“6 V 3 W”灯L2串联接在18 V的电源上,两盏灯都是正常发光(发光效率相近),灯L1和灯L2实际功率等于各自的额定功率,灯L1实际功率大于灯L2实际功率,所以,灯L1比灯L1亮。
常见:“220 V 60 W”、“220 V 15 W”两盏灯串联接在220 V照明电路上,“220 V 15 W”灯比较亮,就是因为它的实际功率比较大、发光效率相对高一些。
3.3
实际功率大反而暗
“12 V 12 W”灯L1、“6 V 2 5 W”灯L2并联接在6 V的电源上,灯L1的实际功率是3 W(发光效率相当低),灯丝发红不太亮,灯L2实际功率等于额定功率,即2.5 W,灯L1灯丝正常发光较亮,所以,灯L1实际功率大反而较暗。
“12 V 12 W”灯L1、“6 V4 W”灯L1串联接在14 V的电源上,灯L1的实际功率大约5.33 W(发光效率低),灯L1实际功率等于额定功率,即4 W,灯L2灯丝正常发光较亮,因此,灯L1实际功率大反而较暗。
3.4 如果只知道定性关系为:实际功率大、发光效率低与实际功率小、发光效率高,两只灯泡亮暗无法判定。
3.5 实验验证
有兴趣的读者可以做一实验来体会:用实际功率大小判定灯泡亮暗有时是错误的。具体方法:将“110 V 15 W”两白炽灯串联后接到220 V照明电路上、将“220 V 60 W”两自炽灯串联后接到220 V照明电路上。观察它们发光情况,大家一定会说“110 V 15 W”白炽灯更亮,而这时“110 V 15 W”白炽灯实际功率是15 W,考虑到灯丝电阻的变化,“220 V60 W”白炽灯实际功率略大于15 W。
综上所述,同类型但额定电压不同的灯泡不在额定电压下工作时亮暗不能只看灯泡的实际功率大小,灯泡的发光效率高低不能忽视。
4 不同类型灯泡亮暗不能忽视灯泡发光效率