Question

每個家庭都有需要照明燈泡，目前市場上既有白熾燈，又有電子節能燈，究竟選擇哪一種好呢？某中學“STS”研究小組的同學進行了系列調查研究：
（1）白熾電燈就是家中最常用的照明燈泡，它是利用______制成的．白熾電燈燈絲熱到白熾狀態（物體溫度達到1700℃以上發白光，這種狀態叫白熾狀態），發出明亮的光．所以，白熾電燈的燈絲是選用______做的，理由是它的______．查資料得知：
電子節能燈工作原理是利用高頻電子鎮流器產生的高頻電壓去點燃熒光燈．
（2）如何區分兩只額定功率不同的家用白熾燈泡？請你幫助他們整理一些直觀簡易的方法．（說出你的判斷方法和結論）
方法一：______．
方法二：______．
（3）了解到在正常工作時，60W的白熾燈與11W的電子節能燈的發光效果相當，他們收集了有關數據如下表：

	額定電壓 （V）	額定功率 （W）	壽命 （h）	售 價 （元/只）	電費 （元/度）
白熾燈	220	60	1000	1.5	0.5
電子節能燈	220	11	5000	18	0.5

①“220V 60W”的白熾燈正常發光時，通過它的電流強度約為多少？小組同學運測量出在常溫下燈絲的電阻約80Ω．請你幫助計算該白熾燈剛開始工作時的電功率．根據計算的數據分析，說說白熾燈不宜頻繁開閉的原因是什么？
②根據表中數據，若以節能燈使用到壽終正寢時間計算，60W白熾燈和11W節能燈的成本加電費分別是多少？從“經濟”角度考慮，你會選擇哪種燈泡？
③白熾燈工作時的能量轉換如圖所示，請你幫助設計一個實驗來比較白熾燈與節能燈的發光效率．（從實驗器材、操作步驟、現象與結論三方面簡述你的設計方案）

Answer 1

【答案】分析：（1）白熾燈通過燈絲發熱從而發光，利用了電流的熱效應；白熾電燈的燈絲一般選用熔點高的鎢絲制成．
（2）辨別兩只額定功率不同節能燈與白熾燈的方法很多，如：看銘牌、并聯看亮暗、看燈絲粗細等．
（3）①根據功率公式：I=、P=、P=UI分析計算，說明原因．
②根據節能燈的額定功率和通電時間，計算出消耗電能，再算出電費，再加上買節能燈的費用就是一共需要付出的錢；根據白熾燈的額定功率和通電時間先計算白熾燈消耗的電能，再算出所需電費，再加上買白熾燈的錢，就是所需要付出的錢；二者進行比較作出選擇．
③利用功率相同的白熾燈、節能燈與溫度計測相同時間內，兩燈使溫度計溫度升高的度數，結合能量的轉化情況分析兩燈的發光效率．
解答：解：（1）白熾電燈是利用電流的熱效應制成的；白熾電燈的燈絲是選用鎢絲做的，理由是它的熔點高．
（2）區分兩只額定功率不同的家用白熾燈泡方法：①看銘牌；②并聯看亮暗，兩燈并聯在電壓為額定電壓的電路中，功率大的比較亮，功率小的燈較暗．
（3）①已知額定電壓U=220V，額定功率P=60W，則正常發光時的電流I===0.27A．
已知常溫下燈絲的電阻約R=80Ω，則它剛開啟時的功率P===605W．
由P=UI知：燈泡剛開啟的時候，功率是正常工作時的10倍，電流也是正常工作時的10倍，
遠大于額定電流，燈泡容易損壞．頻繁開閉更增加了損壞的幾率．
②白熾燈使用到壽終正寢時消耗的電能：W=Pt=0.06kW×1000h×5=300kW?h；
電費：300kW?h×0.5元/kW?h=150元；
總費用：150元+1.5元×5=157.5元．
節能燈使用到壽終正寢時消耗的電能：W'=P't'=0.011kW×5000h=55kW?h；
電費：55kW?h×0.5元/kW?h=27.5元；
總費用：27.5元+18元=45.5元．
節能燈的費用少，我們選擇節能燈．
③器材：溫度計，功率相等的白熾燈和節能燈．
操作步驟：取功率相等的白熾燈和節能燈，使它們正常工作；在離它們相等的距離處分別用溫度計測出相等的時間內溫度計的示數．
現象現象：觀察到 白熾燈所在位置的溫度計溫度示數大，它周圍的溫度高；節能燈所處位置的溫度計示數小，溫度低．
實驗結論：由于白熾燈與節能燈功率、發光時間相等，由W=Pt知它們消耗的電能W相等；白熾燈周圍的溫度高，說明它產生的熱量Q多，由η=知白熾燈的發光效率低．
故答案為：（1）電流的熱效應；鎢絲；熔點高．（2）看銘牌；并聯看亮暗．（3）①燈泡剛開啟的時候，功率是正常工作時的10倍，電流也是正常工作時的10倍，遠大于額定電流，燈泡容易損壞．頻繁開閉更增加了損壞的幾率所以白熾燈不宜頻繁開閉．②節能燈．③器材：溫度計，功率相等的白熾燈和節能燈．
操作步驟：取功率相等的白熾燈和節能燈，使它們正常工作；在離它們相等的距離處分別用溫度計測出相等的時間內溫度計的示數．
現象現象：觀察到 白熾燈所在位置的溫度計溫度示數大，它周圍的溫度高；節能燈所處位置的溫度計示數小，溫度低．
實驗結論：白熾燈的發光效率低．
點評：本題考查的知識點多，難點是①比較節能燈和白熾燈各自特點和所需費用；②設計實驗來比較白熾燈與節能燈的發光效率，是一道難題．