Question

每個(gè)家庭都有需要照明燈泡，目前市場(chǎng)上既有白熾燈，又有電子節(jié)能燈，究竟選擇哪一種好呢？某中學(xué)“STS”研究小組的同學(xué)進(jìn)行了系列調(diào)查研究：
（1）白熾電燈就是家中最常用的照明燈泡，它是利用

電流的熱效應(yīng)

制成的．白熾電燈燈絲熱到白熾狀態(tài)（物體溫度達(dá)到1700℃以上發(fā)白光，這種狀態(tài)叫白熾狀態(tài)），發(fā)出明亮的光．所以，白熾電燈的燈絲是選用

鎢絲

做的，理由是它的

熔點(diǎn)高

．查資料得知：
電子節(jié)能燈工作原理是利用高頻電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的高頻電壓去點(diǎn)燃熒光燈．
（2）如何區(qū)分兩只額定功率不同的家用白熾燈泡？請(qǐng)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(jié)論）
方法一：

看銘牌

．
方法二：

并聯(lián)看亮暗

．
（3）了解到在正常工作時(shí)，60W的白熾燈與11W的電子節(jié)能燈的發(fā)光效果相當(dāng)，他們收集了有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

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

①“220V 60W”的白熾燈正常發(fā)光時(shí)，通過它的電流強(qiáng)度約為多少？小組同學(xué)運(yùn)測(cè)量出在常溫下燈絲的電阻約80Ω．請(qǐng)你幫助計(jì)算該白熾燈剛開始工作時(shí)的電功率．根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)分析，說說白熾燈不宜頻繁開閉的原因是什么？
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，若以節(jié)能燈使用到壽終正寢時(shí)間計(jì)算，60W白熾燈和11W節(jié)能燈的成本加電費(fèi)分別是多少？從“經(jīng)濟(jì)”角度考慮，你會(huì)選擇哪種燈泡？
③白熾燈工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)換如圖所示，請(qǐng)你幫助設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來比較白熾燈與節(jié)能燈的發(fā)光效率．（從實(shí)驗(yàn)器材、操作步驟、現(xiàn)象與結(jié)論三方面簡述你的設(shè)計(jì)方案）

Answer 1

分析：（1）白熾燈通過燈絲發(fā)熱從而發(fā)光，利用了電流的熱效應(yīng)；白熾電燈的燈絲一般選用熔點(diǎn)高的鎢絲制成．
（2）辨別兩只額定功率不同節(jié)能燈與白熾燈的方法很多，如：看銘牌、并聯(lián)看亮暗、看燈絲粗細(xì)等．
（3）①根據(jù)功率公式：I=

P

U

、P=

U2

R

、P=UI分析計(jì)算，說明原因．
②根據(jù)節(jié)能燈的額定功率和通電時(shí)間，計(jì)算出消耗電能，再算出電費(fèi)，再加上買節(jié)能燈的費(fèi)用就是一共需要付出的錢；根據(jù)白熾燈的額定功率和通電時(shí)間先計(jì)算白熾燈消耗的電能，再算出所需電費(fèi)，再加上買白熾燈的錢，就是所需要付出的錢；二者進(jìn)行比較作出選擇．
③利用功率相同的白熾燈、節(jié)能燈與溫度計(jì)測(cè)相同時(shí)間內(nèi)，兩燈使溫度計(jì)溫度升高的度數(shù)，結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化情況分析兩燈的發(fā)光效率．

解答：解：（1）白熾電燈是利用電流的熱效應(yīng)制成的；白熾電燈的燈絲是選用鎢絲做的，理由是它的熔點(diǎn)高．
（2）區(qū)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(lián)看亮暗，兩燈并聯(lián)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(fā)光時(shí)的電流I=

P

U

=

60W

220V

=0.27A．
已知常溫下燈絲的電阻約R=80Ω，則它剛開啟時(shí)的功率P=

U2

R

=

(220V)2

80Ω

=605W．
由P=UI知：燈泡剛開啟的時(shí)候，功率是正常工作時(shí)的10倍，電流也是正常工作時(shí)的10倍，
遠(yuǎn)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(shí)消耗的電能：W=Pt=0.06kW×1000h×5=300kW?h；
電費(fèi)：300kW?h×0.5元/kW?h=150元；
總費(fèi)用：150元+1.5元×5=157.5元．
節(jié)能燈使用到壽終正寢時(shí)消耗的電能：W'=P't'=0.011kW×5000h=55kW?h；
電費(fèi)：55kW?h×0.5元/kW?h=27.5元；
總費(fèi)用：27.5元+18元=45.5元．
節(jié)能燈的費(fèi)用少，我們選擇節(jié)能燈．
③器材：溫度計(jì)，功率相等的白熾燈和節(jié)能燈．
操作步驟：取功率相等的白熾燈和節(jié)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(jì)測(cè)出相等的時(shí)間內(nèi)溫度計(jì)的示數(shù)．
現(xiàn)象現(xiàn)象：觀察到 白熾燈所在位置的溫度計(jì)溫度示數(shù)大，它周圍的溫度高；節(jié)能燈所處位置的溫度計(jì)示數(shù)小，溫度低．
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：由于白熾燈與節(jié)能燈功率、發(fā)光時(shí)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(chǎn)生的熱量Q多，由η=

W-Q

W

知白熾燈的發(fā)光效率低．
故答案為：（1）電流的熱效應(yīng)；鎢絲；熔點(diǎn)高．（2）看銘牌；并聯(lián)看亮暗．（3）①燈泡剛開啟的時(shí)候，功率是正常工作時(shí)的10倍，電流也是正常工作時(shí)的10倍，遠(yuǎn)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(jié)能燈．③器材：溫度計(jì)，功率相等的白熾燈和節(jié)能燈．
操作步驟：取功率相等的白熾燈和節(jié)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(jì)測(cè)出相等的時(shí)間內(nèi)溫度計(jì)的示數(shù)．
現(xiàn)象現(xiàn)象：觀察到 白熾燈所在位置的溫度計(jì)溫度示數(shù)大，它周圍的溫度高；節(jié)能燈所處位置的溫度計(jì)示數(shù)小，溫度低．
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：白熾燈的發(fā)光效率低．

點(diǎn)評(píng)：本題考查的知識(shí)點(diǎn)多，難點(diǎn)是①比較節(jié)能燈和白熾燈各自特點(diǎn)和所需費(fèi)用；②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來比較白熾燈與節(jié)能燈的發(fā)光效率，是一道難題．