Question

由于白熾燈除了發光還產生熱量，所以逐漸被稱之為“冷光源”的各種節能燈代替．白熾燈的功率越大，亮度越大，產生的熱量是否也越多呢？為此，小明設計了一個實驗方案：使25W白熾燈正常發光，把溫度計放在燈泡附近任一位置，觀察溫度計示數的變化；然后換上60W、100W白熾燈重復上述步驟．通過比較白熾燈使溫度計示數的變化，判斷產生的熱量多少．同學們對小明的方案進行了討論，認為：
（1）在燈泡附近的范圍內，燈泡產生的熱量越多，空氣溫度______，利用溫度計測溫度變化的方案是可行的；
（2）方案還應注意兩個問題：一是______，二是______；
（3）查相關資料知，一個“220V、100W”的燈泡正常工作時，它的熱效率約60%．那么它正常工作0.5h需要消耗______J的電能，可以產生的熱量約______J．

Answer 1

解：（1）在燈泡附近的范圍內，燈泡產生的熱量越多，空氣溫度升高越大，利用溫度計測溫度變化的方案是可行的．
（2）應當控制控制溫度計與燈泡的距離相同和開燈后讀取溫度的時間間隔要相同，這樣才能比較功率與發熱量的關系．
（3）∵P=100W，t=0.5h=1800s，
∴燈泡消耗的電能為：W=Pt=100W×1800s=1.8×10⁵J，
而燈泡的熱效率約60%，
∴燈泡在工作時產生的熱量為：Q=Wη=1.8×10⁵J×60%=1.08×10⁵J．
故答案為：（1）升高越大．
（2）溫度計與燈泡的距離相同，讀取溫度的時間間隔要相同．
（3）1.8×10⁵、1.08×10⁵．
分析：（1）由于燈泡工作時要發熱，故空氣的溫度會上升，使用溫度計測量溫度的變化．
（2）由控制變量法知，應控制溫度計到燈的距離和讀數時間相等．
（3）知道燈泡的額定功率和燈泡正常工作的時間，可利用公式W=Pt計算出燈泡消耗的電能，又知道燈泡的熱效率，從而可以計算出燈泡在工作時產生的熱量．
點評：本題考查了電熱的概念和利用控制變量法研究功率與發熱量的關系．控制變量法就是在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規律的因素和條件加以人為控制，只改變某個變量的大小，而保證其它的變量不變，最終解決所研究的問題．在本題中要控制溫度計到燈的距離和讀數時間相等，功率不等．