Question

每個家庭都有需要照明燈泡，目前市場上既有白熾燈，又有電子節(jié)能燈，究竟選擇哪一種好呢？某中學“STS”研究小組的同學進行了調(diào)查，了解到在正常工作時，60W的白熾燈與11W的電子節(jié)能燈的發(fā)光效果相當，他們收集了有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

項目	額定電壓 （V）	額定功率 （W）	壽命 （h）	售 價 （元/只）	電費 （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）已知“220V 60W”的白熾燈，在常溫下燈絲的電阻約80Ω．請計算該白熾燈剛開始工作時的電功率．根據(jù)計算的數(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間計算，60W白熾燈和11W節(jié)能燈的成本加電費分別是多少？從“經(jīng)濟”角度考慮，你會選擇哪種燈泡？
（3）白熾燈工作時的能量轉(zhuǎn)換如圖所示，請你設(shè)計一個實驗來比較白熾燈與節(jié)能燈的效率．（從實驗器材、操作步驟、現(xiàn)象與結(jié)論三方面簡述你的設(shè)計方案）

Answer 1

解：（1）已知燈泡兩端的電壓U=220V，剛開燈時燈絲電阻R=80Ω，
則白熾燈剛開啟時的電功率P===605W，
白熾燈剛開啟時流過燈泡的電流I===2.75A；
已知白熾燈的額定電壓U_額=220V，額定功率P_額=60W，
白熾燈正常發(fā)光時的電流I_額===0.27A．
由此可見：燈泡剛開啟的時候，功率是正常工作時的10倍，電流也是正常工作時的10倍，
遠大于額定電流，燈泡容易損壞．頻繁開閉更增加了損壞的幾率．
答：白熾燈剛開始工作時的電功率是605W；白熾燈剛開啟的時候，
功率是正常工作時的10倍，電流也是正常工作時的10倍，遠大于額定電流，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）由表中數(shù)據(jù)可知，節(jié)能燈的壽命是白熾燈壽命的5倍，一支節(jié)能燈損壞時已經(jīng)有5支白熾燈損壞，
白熾燈使用到壽終正寢時消耗的電能：W=Pt=0.06kW×5000h=300kW?h；
電費：300kW?h×0.5元/kW?h=150元；
總費用：150元+1.5元×5=157.5元．
節(jié)能燈使用到壽終正寢時消耗的電能：W'=P't'=0.011kW×5000h=55kW?h；
電費：55kW?h×0.5元/kW?h=27.5元；
總費用：27.5元+18元=45.5元．
節(jié)能燈的費用少，我們選擇節(jié)能燈．
答：60W白熾燈的成本加電費是157.5元，11W節(jié)能燈的成本加電費是45.5元；從“經(jīng)濟”角度考慮，應選擇節(jié)能燈．
（3）實驗器材：溫度計，功率相等的白熾燈和節(jié)能燈．
操作步驟：①取功率相等的白熾燈和節(jié)能燈，使它們正常工作；
②在離它們相等的距離處分別用溫度計測出相等的時間內(nèi)溫度計的示數(shù)．
實驗現(xiàn)象：觀察到白熾燈所在位置的溫度計溫度示數(shù)大，它周圍的溫度高；節(jié)能燈所處位置的溫度計示數(shù)小，溫度低．
實驗結(jié)論：由于白熾燈與節(jié)能燈功率、發(fā)光時間相等，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=知白熾燈的發(fā)光效率低．
答：器材：溫度計，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測出相等的時間內(nèi)溫度計的示數(shù)．
實驗現(xiàn)象：觀察到白熾燈所在位置的溫度計溫度示數(shù)大，它周圍的溫度高；
節(jié)能燈所處位置的溫度計示數(shù)小，溫度低．
實驗結(jié)論：白熾燈的發(fā)光效率低．
分析：（1）已知燈泡電阻與電壓，由公式P=可求出燈泡的實際功率；求出燈泡剛開啟時的電流與功率、燈泡的額定電流，比較它們的大小，從避免燈泡損壞的角度分析白熾燈不宜頻繁開閉的原因．
（2）根據(jù)節(jié)能燈的額定功率和通電時間，計算出節(jié)能燈消耗的電能，再算出電費，再加上買節(jié)能燈的費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間先計算白熾燈消耗的電能，再算出所需電費，再加上買白熾燈的錢，就是所需要付出的錢；二者進行比較作出選擇．
（3）利用功率相同的白熾燈、節(jié)能燈與溫度計測相同時間內(nèi)，兩燈使溫度計溫度升高的度數(shù)，結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化情況分析兩燈的發(fā)光效率．
點評：本題考查的知識點多，難點是①比較節(jié)能燈和白熾燈各自特點和所需費用；②設(shè)計實驗來比較白熾燈與節(jié)能燈的發(fā)光效率，是一道難題