Question

（2010?合肥模擬）每個(gè)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(xué)“STS”研究小組的同學(xué)進(jìn)行了調(diào)查，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)如表：

項(xiàng)目	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）已知“220V 60W”的白熾燈，在常溫下燈絲的電阻約80Ω．請計(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，請你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來比較白熾燈與節(jié)能燈的效率．（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）已知燈泡電阻與電壓，由公式P=

U2

R

可求出燈泡的實(shí)際功率；求出燈泡剛開啟時(shí)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(shí)間，計(jì)算出節(jié)能燈消耗的電能，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）已知燈泡兩端的電壓U=220V，剛開燈時(shí)燈絲電阻R=80Ω，
則白熾燈剛開啟時(shí)的電功率P=

U2

R

=

(220V)2

80Ω

=605W，
白熾燈剛開啟時(shí)流過燈泡的電流I=

U

R

=

220V

80Ω

=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(shí)的電流I_額=

P

U

=

60W

220V

=0.27A．
由此可見：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．
答：白熾燈剛開始工作時(shí)的電功率是605W；白熾燈剛開啟的時(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）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(shí)已經(jīng)有5支白熾燈損壞，
白熾燈使用到壽終正寢時(shí)消耗的電能：W=Pt=0.06kW×5000h=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．
答：60W白熾燈的成本加電費(fèi)是157.5元，11W節(jié)能燈的成本加電費(fèi)是45.5元；從“經(jīng)濟(jì)”角度考慮，應(yīng)選擇節(jié)能燈．
（3）實(shí)驗(yàn)器材：溫度計(jì)，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(jì)測出相等的時(shí)間內(nèi)溫度計(jì)的示數(shù)．
實(shí)驗(yàn)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．
答：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)測出相等的時(shí)間內(nèi)溫度計(jì)的示數(shù)．
實(shí)驗(yàn)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