Question

某研究所为了确定不同因素对钨丝白炽灯平均使用寿命的影响，做了如下三个实验． 实验一：使灯泡内气体压强为0.1 po(po＝1.01×105 Pa)，将灯泡内不同粗细、相同长度的钨丝通电加热到2400 K的恒温，则维持这一温度所需的电流以及灯丝的平均使用寿命如下表一所示． 实验二：在压强为25μm的相同灯泡内加入不同数量的惰性气体，从而改变灯泡内部的压强，且使钨丝的温度保持在2400 K．则当灯泡内压强从0.1 po增大到0.5 po后，灯泡的平均寿命从800 h增大到时6000 h；超过0.5 po后，灯泡平均寿命递减． 实验三：在压强为0.1 po、钨丝粗细为250μm的灯泡内，通过改变流过钨丝的电流来改变灯丝的温度，灯泡的平均使用寿命与灯丝温度及电流的关系如下表二所示． 根据以上提供的实验信息，试完成下列问题： (1) 观察表一中实验数据，可归纳得出两个结论是：①________；②________． (2) 实验一中，若灯丝粗细为75μm，且灯丝的发热电阻为500 Ω，要保证该灯丝的平均使用寿命为2400 h，则加在该灯泡两端的电压为多大？ (3) 在相同的温度下，下列四种灯丝平均使用寿命最长的是 [　　] A． 50μm粗细的灯丝并充有2.5 po的惰性气体 B． 100μm粗细的灯丝并充有0.5 po的惰性气体 C． 150μm粗细的灯丝并充有0.1 po的惰性气体 D． 150μm粗细的灯丝并充有0.5 po的惰性气体 (4) 根据表二的实验结果，可以预测：在实验三相同的实验条件下，钨丝工作温度在2300 K时其平均使用寿命最接近于 [　　] A． 50 h B． 500 h C． 2400 h D． 24000 h

Answer 1

答案：3．D;4．D;
解析：

(1)	仔细阅读观察表一，可提炼如下信息：即表中各项数据存在定量关系，可归纳如下结论：①在实验一条件下，通过灯丝所需的电流与灯丝粗细的平方成正比；②在实验一条件下，灯丝平均寿命与灯丝粗细成正比．
(2)	由上题可知，式中I1、I2是流过灯丝的电流，d1、d2是灯丝的粗细，现取I1＝0.05 A，d1＝25μm，d2＝75μm，则＝0.45 A，所以，Umax＝I2R2＝225 V，即加在该灯泡两端的最大电压为225 V．
(3)	由实验一的数据分析可知，温度相同、气压相同时，灯丝越粗，平均使用寿命越长．再结合实验二的结果，灯丝粗细相同的灯泡，在使钨丝温度不变，灯泡内压强增大到0.5 P0时，灯泡寿命达最长．由此比较四个选项，正确的答案为D．
(4)	从实验三的条件和数据可以得出定性关系：温度越低，平均使用寿命越长，且变化非常明显(当温度由2400 K升到2600 K时，其平均使用寿命由8000 h降到377 h)．所以钨丝工作温度在2300 K时，平均使用寿命应比8000 h长得多，即正确答案应为D．