Question

11．人类正面临能源危机，为选用节能交通信号灯的灯源，实验室通过实验发现下表中的LED灯和白炽灯在正常工作时光照强度相同，有关数据如下表：

二种灯	LED灯	白炽灯
发光原理	二极管发光	钨丝高温发光
额定电压	24伏	220伏
响应时间	10-9秒	10-3秒
额定功率	12瓦	100瓦

请根据以上材料说明
①LED灯是使用半导体材料制成的；
②LED灯的优点发光效率高、节能降耗，响应时间短、环保、额定电压低等；
③LED灯正常工作时的电流是多少？
④LED灯每天正常工作10小时，使用LED灯比使用白炽灯可节约电能为多少kW•h？节约的电能可将多少kg的水从20℃加热到100℃？[C_水=4.2×10³J/（kg•℃），结果保留两位小数]．

Answer 1

分析 （1）制作二极管的材料是半导体材料，常用的有：硅、锗等材料；
（2）分析表格中的数据可以发现，LED灯电压低，功率小，响应时间短，据此进行分析其优点；
（3）LED灯正常工作时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出正常工作时的电流；
（4）知道LED灯和白炽灯的额定功率，两者只差即为节约电能的功率，根据P=$\frac{W}{t}$求出节约的电能；再根据W=Q_吸=cm（t-t₀）求出能将多少20℃水加热到100℃．

解答 解：①发光二极管由半导体材料制成；
②根据题意和表格中的数据可知，LED灯和白炽灯相比有明显的优点：在光照强度相同的情况下，LED灯不必要达到很高的温度就能发光，电能基本上不转化成内能，几乎全部转化光能，因而发光效率高；LED灯的额定电压低，人直接接触不会触电；LED灯响应时间短，也就是从开始发光到正常发光所用的时间短；LED灯额定功率小，节约能源．故优点可从发光效率高、节能降耗，响应时间短、环保、额定电压低等；
③由P=UI得，LED灯正常工作时的电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{12W}{24V}$=0.5A；
④白炽灯功率比LED灯功率高：
△P=P₂-P₁=100W-12W=88W=0.088kW，
由P=$\frac{W}{t}$可得，10小时节约的电能：
W=△P×t=0.088kW×10h=0.88kW•h=3.168×10⁶J，
由W=Q_吸=cm（t-t₀）可得：能将20℃加热到100℃水的质量：
m=$\frac{{Q}_{吸}}{c（t-{t}_{0}）}$=$\frac{W}{c（t-{t}_{0}）}$=$\frac{3.168×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（100℃-20℃）}$≈9.43kg．
答：①半导体；
②发光效率高、节能降耗，响应时间短、环保、额定电压低等；
③LED灯正常工作时的电流是0.5A；
④LED灯每天正常工作10小时，使用LED灯比使用白炽灯可节约电能为0.88kW•h，节约的电能可将9.43kg的水从20℃加热到100℃．

点评 本题考查了LED灯的材料、优点、正常工作时的电流、节约电能的计算和加热水质量的计算，关键是根据表格数据得出有用的信息，同时要注意单位的换算．