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系列调查研究：
（1）白炽电灯就是家中最常用的照明灯泡，它是利用______制成的．白炽电灯灯丝热到白炽状态（物体温度达到1700℃以上发白光，这种状态叫白炽状态），发出明亮的光．所以，白炽电灯的灯丝是选用______做的，理由是它的______．查资料得知：
电子节能灯工作原理是利用高频电子镇流器产生的高频电压去点燃荧光灯．
（2）如何区分两只额定功率不同的家用白炽灯泡？请你帮助他们整理一些直观简易的方法．（说出你的判断方法和结论）
方法一：______．
方法二：______．
（3）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下表：

	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“220V 60W”的白炽灯正常发光时，通过它的电流强度约为多少？小组同学运测量出在常温下灯丝的电阻约80Ω．请你帮助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，请你帮助设计一个实验来比较白炽灯与节能灯的发光效率．（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

【答案】分析：（1）白炽灯通过灯丝发热从而发光，利用了电流的热效应；白炽电灯的灯丝一般选用熔点高的钨丝制成．
（2）辨别两只额定功率不同节能灯与白炽灯的方法很多，如：看铭牌、并联看亮暗、看灯丝粗细等．
（3）①根据功率公式：I=、P=、P=UI分析计算，说明原因．
②根据节能灯的额定功率和通电时间，计算出消耗电能，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．
解答：解：（1）白炽电灯是利用电流的热效应制成的；白炽电灯的灯丝是选用钨丝做的，理由是它的熔点高．
（2）区分两只额定功率不同的家用白炽灯泡方法：①看铭牌；②并联看亮暗，两灯并联在电压为额定电压的电路中，功率大的比较亮，功率小的灯较暗．
（3）①已知额定电压U=220V，额定功率P=60W，则正常发光时的电流I===0.27A．
已知常温下灯丝的电阻约R=80Ω，则它刚开启时的功率P===605W．
由P=UI知：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．
②白炽灯使用到寿终正寝时消耗的电能：W=Pt=0.06kW×1000h×5=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．
③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．
现象现象：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．
故答案为：（1）电流的热效应；钨丝；熔点高．（2）看铭牌；并联看亮暗．（3）①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所以白炽灯不宜频繁开闭．②节能灯．③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．
现象现象：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．
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．