探究用电高峰时灯泡较暗的原因

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  不知道你有没有注意到过,自己家的灯一天内似乎不是一样亮的.每天的早晚感觉它们比较暗,而夜间又觉得它们比较亮.是的,这不是你的错觉,这是实实在在的现象.我们家的灯泡在早晚用电高峰时段会变得暗一些,而在夜间等用电低谷时段又会变得亮一些.这是什么原因呢?我们做一个小实验就可以解答这个问题了。
  实验器材:两节新干电池、开关若干、小灯泡若干、电流表一只、电压表一只、导线若干。
  实验步骤:1.将上述器材按照如图1甲所示的电路图连接成如图1乙所示的并联电路。
  [TP12CW62.TIF,BP#]
  2.闭合开关S、S1,观察灯泡的亮度,记下电流表和电压表的读数I1、U1;
  3.再闭合开关S2,观察灯泡的亮度,记下电流表和电压表的读数I2、U2;
  4.再闭合开关S3,观察灯泡的亮度,记下电流表和电压表的读数I3、U3;
  5.再闭合开关S4,观察灯泡的亮度,记下电流表和电压表的读数I4、U4。
  实验现象:与只闭合开关S、S1相比较,每当多闭合一条支路的开关后,灯泡的亮度都要变暗一些,干路电流表的读数I逐次变大、电压表的读数U却逐次变小。
  [TP12CW63.TIF,Y#]
  实验分析:因为干路导线实际上是有电阻的,虽然阻值很小,但是随着支路的增加,干路电流也变大,此时我们不妨把所有支路看成一个整体,相当于一个电阻R2,而干路导线也看成一个电阻R1,这样电路就简化成如图2所示的一个串联电路.根据串联电路电阻的分配规律可知:电源电压U被电阻R1和R2按照电阻的大小按比例获得,即U=U1 U2=IR1 IR2.因为随着支路的增加,干路电流I在增大,而干路电阻不变,支路总电阻在减小,所以干路导线电阻所获的电压U1=IR1也在增大.由此可知支路的电压U2=IR2在减小,因此支路的灯泡逐次变暗。
  原来,各种家用电器输送电能的导线大都比较长,因此它的电阻是不可忽略的.在用电低谷期时段,因为各家各户的用电器接通的比较少,所以干路上的总电流相对较小,因此干路导线电阻所获得的电压也比较小,而绝大部分的电压给了支路上的用电器,所以灯泡比较亮;而在用电高峰期时段,因为各家各户的用电器接通的比较多,所以干路上的总电流相对较大,因此干路导线电阻所获得的电压也明显变大,支路上的用电器所获得的电压就明显降低,所以灯泡明显变暗。
  例题(2014年浙江台州)小明发现:每天晚上7点至9点左右,小区处于用电高峰期时,家中的电灯相对暗些;而到了晚上11点以后,过了用电高峰期,电灯又会变得亮一些.这是为什么呢?爸爸这样提示他:“不同时段,电路中使用的用电器数量不同,[TP12CW64.TIF,Y#]其总电阻也不同.可以把某一时段小区内正在使用的所有家用电器看做一个整体,用一个小灯泡来模拟.通过比较小灯泡两端电压(相当于家用电器两端的实际电压)的变化,你就能知道原因了.”于是,小明根据如图3电路进行了探究。
  【进行实验】
  第1步:连接电路,闭合开关,读出电压表和电流表的示数,并记录在表格中.记录数据后发现小灯泡突然熄灭,电压表指针指在3 V处。
  第2步:查明故障并分别换上两个不同规格的小灯泡后继续实验,把测量结果记录在表格中。
  第3步:计算小灯泡的电功率和电阻值并记录在表1中。
  [HT6][JZ][BG(!]
  [BHDFG2,WK5,K6\.4W]
  小灯泡[]电压(伏)[]电流(安)[]电功率(瓦)[]电阻(欧)
  [BHD]L1[]2.40[]0.43[]1.03[]5.58
  [BH]L2[]2.60[]0.33[]0.86[]7.88
  [BH]L3[]2.75[]0.26[]0.72[]10.58[HJ3mm]
  [BG)F][HJ1.7mm]
  【数据分析】每次实验,电压表的读数都小于电源电压,说明实验中导线等其他元件也有电阻,会“分走”一部分电压。
  【反思解释】
  (1)实验中小灯泡突然熄灭,可能是发生了[CD#3](选填“短路”或“开路”)。
  (2)过了用电高峰期,家中的电灯功率变大,亮度增加,其原因是[CD#3]。
  (3)在输电线路中,为了减少电能的损耗,应尽量选择[CD#3]的导线。
  A.长而细B.长而粗C.短而粗D.短而细[HJ1.25mm]
  解析(1)发现小灯泡突然熄灭和小灯泡并联的电压
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