Question

每个家庭都有需要照明灯泡，目前市场上既有白炽灯，又有电子节能灯，究竟选择哪一种好呢？某中学“STS”研究小组的同学进行了调查，了解到在正常工作时，60W的白炽灯与11W的电子节能灯的发光效果相当，他们收集了有关数据如表：

项目	额定电压 （V）	额定功率 （W）	寿命 （h）	售 价 （元/只）	电费 （元/度）
白炽灯	220	60	1000	1.5	0.5
电子节能灯	220	11	5000	18	0.5

（1）已知“220V 60W”的白炽灯，在常温下灯丝的电阻约80Ω．请计算该白炽灯刚开始工作时的电功率．根据计算的数据分析，说说白炽灯不宜频繁开闭的原因是什么？
（2）根据表中数据，若以节能灯使用到寿终正寝时间计算，60W白炽灯和11W节能灯的成本加电费分别是多少？从“经济”角度考虑，你会选择哪种灯泡？
（3）白炽灯工作时的能量转换如图所示，请你设计一个实验来比较白炽灯与节能灯的效率．（从实验器材、操作步骤、现象与结论三方面简述你的设计方案）

Answer 1

解：（1）已知灯泡两端的电压U=220V，刚开灯时灯丝电阻R=80Ω，
则白炽灯刚开启时的电功率P===605W，
白炽灯刚开启时流过灯泡的电流I===2.75A；
已知白炽灯的额定电压U_额=220V，额定功率P_额=60W，
白炽灯正常发光时的电流I_额===0.27A．
由此可见：灯泡刚开启的时候，功率是正常工作时的10倍，电流也是正常工作时的10倍，
远大于额定电流，灯泡容易损坏．频繁开闭更增加了损坏的几率．
答：白炽灯刚开始工作时的电功率是605W；白炽灯刚开启的时候，
功率是正常工作时的10倍，电流也是正常工作时的10倍，远大于额定电流，灯泡容易损坏，频繁开闭更增加了损坏的几率，所以白炽灯不宜频繁开闭．
（2）由表中数据可知，节能灯的寿命是白炽灯寿命的5倍，一支节能灯损坏时已经有5支白炽灯损坏，
白炽灯使用到寿终正寝时消耗的电能：W=Pt=0.06kW×5000h=300kW?h；
电费：300kW?h×0.5元/kW?h=150元；
总费用：150元+1.5元×5=157.5元．
节能灯使用到寿终正寝时消耗的电能：W'=P't'=0.011kW×5000h=55kW?h；
电费：55kW?h×0.5元/kW?h=27.5元；
总费用：27.5元+18元=45.5元．
节能灯的费用少，我们选择节能灯．
答：60W白炽灯的成本加电费是157.5元，11W节能灯的成本加电费是45.5元；从“经济”角度考虑，应选择节能灯．
（3）实验器材：温度计，功率相等的白炽灯和节能灯．
操作步骤：①取功率相等的白炽灯和节能灯，使它们正常工作；
②在离它们相等的距离处分别用温度计测出相等的时间内温度计的示数．
实验现象：观察到白炽灯所在位置的温度计温度示数大，它周围的温度高；节能灯所处位置的温度计示数小，温度低．
实验结论：由于白炽灯与节能灯功率、发光时间相等，由W=Pt知它们消耗的电能W相等；白炽灯周围的温度高，说明它产生的热量Q多，由η=知白炽灯的发光效率低．
答：器材：温度计，功率相等的白炽灯和节能灯．
操作步骤：取功率相等的白炽灯和节能灯，使它们正常工作；
在离它们相等的距离处分别用温度计测出相等的时间内温度计的示数．
实验现象：观察到白炽灯所在位置的温度计温度示数大，它周围的温度高；
节能灯所处位置的温度计示数小，温度低．
实验结论：白炽灯的发光效率低．
分析：（1）已知灯泡电阻与电压，由公式P=可求出灯泡的实际功率；求出灯泡刚开启时的电流与功率、灯泡的额定电流，比较它们的大小，从避免灯泡损坏的角度分析白炽灯不宜频繁开闭的原因．
（2）根据节能灯的额定功率和通电时间，计算出节能灯消耗的电能，再算出电费，再加上买节能灯的费用就是一共需要付出的钱；根据白炽灯的额定功率和通电时间先计算白炽灯消耗的电能，再算出所需电费，再加上买白炽灯的钱，就是所需要付出的钱；二者进行比较作出选择．
（3）利用功率相同的白炽灯、节能灯与温度计测相同时间内，两灯使温度计温度升高的度数，结合能量的转化情况分析两灯的发光效率．
点评：本题考查的知识点多，难点是①比较节能灯和白炽灯各自特点和所需费用；②设计实验来比较白炽灯与节能灯的发光效率，是一道难题