单选题
232、一个220V、100W的灯泡和一个220V、40W的灯泡串联接在380V的电源上则( )。
A
220V、40W的灯泡易烧坏;
B
220V、100W的灯泡易烧坏;
C
两个灯泡均易烧坏;
D
两个灯泡均正常发光;
答案解析
正确答案:A
解析:
本题考查电功率、电阻、串联电路电压分配等核心电学知识。
一、核心知识点回顾:
1. 电功率公式:
对于纯电阻用电器(如白炽灯泡),额定功率 $ P = \frac{U^2}{R} $,可得电阻 $ R = \frac{U^2}{P} $。
即:在额定电压相同的情况下,额定功率越小,电阻越大。
2. 串联电路特点:
- 电流处处相等;
- 总电压等于各元件电压之和;
- 电压按电阻正比分配:$ U_1 : U_2 = R_1 : R_2 $。
3. 灯泡是否烧坏,取决于其实际所加电压是否超过额定电压(220 V)。若实际电压显著高于220 V,灯丝温度过高,易熔断。
二、计算分析:
已知:
- 灯泡A:220 V、100 W → 电阻 $ R_{100} = \frac{220^2}{100} = \frac{48400}{100} = 484\ \Omega $
- 灯泡B:220 V、40 W → 电阻 $ R_{40} = \frac{220^2}{40} = \frac{48400}{40} = 1210\ \Omega $
可见:$ R_{40} > R_{100} $(40 W灯泡电阻更大)。
两灯泡串联,总电阻:
$ R_{\text{总}} = 484 + 1210 = 1694\ \Omega $
电源电压为380 V,串联电流为:
$ I = \frac{U_{\text{总}}}{R_{\text{总}}} = \frac{380}{1694} \approx 0.2243\ \text{A} $
各灯泡实际电压:
- 100 W灯泡:$ U_{100} = I \times R_{100} = 0.2243 \times 484 \approx 108.6\ \text{V} $
- 40 W灯泡:$ U_{40} = I \times R_{40} = 0.2243 \times 1210 \approx 271.4\ \text{V} $
比较额定电压220 V:
- 100 W灯泡实际电压约108.6 V < 220 V → 欠压,发光暗淡,安全;
- 40 W灯泡实际电压约271.4 V > 220 V(超出约51.4 V,超压约23.4%)→ 过压运行,灯丝电流密度与温度显著升高,极易烧坏。
三、选项辨析:
A:220 V、40 W的灯泡易烧坏 → 正确。因其电阻大,在串联中分得电压远超220 V。
B:100 W灯泡易烧坏 → 错误。其实际电压不足额定值的一半,不可能烧坏。
C:两个均易烧坏 → 错误。100 W灯泡处于欠压状态,无烧毁风险。
D:均正常发光 → 错误。正常发光需在额定电压下工作;而二者电压均偏离220 V(一个过压、一个欠压),且总电压380 V ≠ 220 V + 220 V(因串联后电流不等于各自额定电流,无法同时达额定工况)。
四、结论:
正确答案为 A。根本原因在于:串联时电压按电阻分配,功率小的灯泡电阻大,分压多,导致其实际电压超过额定值而烧毁。这是电学中“低功率灯泡在串联中更易损坏”的典型现象。
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