Question

（2010?合肥模擬）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查，了解到在正常工作時，60W的白熾燈與11W的電子節能燈的發光效果相當，他們收集了有關數據如表：

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．根據計算的數據分析，說說白熾燈不宜頻繁開閉的原因是什么？
（2）根據表中數據，若以節能燈使用到壽終正寢時間計算，60W白熾燈和11W節能燈的成本加電費分別是多少？從“經濟”角度考慮，你會選擇哪種燈泡？
（3）白熾燈工作時的能量轉換如圖所示，請你設計一個實驗來比較白熾燈與節能燈的效率．（從實驗器材、操作步驟、現象與結論三方面簡述你的設計方案）

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）根據節能燈的額定功率和通電時間，計算出節能燈消耗的電能，再算出電費，再加上買節能燈的費用就是一共需要付出的錢；根據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、節能燈與溫度計測相同時間內，兩燈使溫度計溫度升高的度數，結合能量的轉化情況分析兩燈的發光效率．

解答：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=

U2

R

=

(220V)2

80Ω

=605W，
白熾燈剛開啟時流過燈泡的電流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，
白熾燈正常發光時的電流I_額=

P

U

=

60W

220V

=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）由表中數據可知，節能燈的壽命是白熾燈壽命的5倍，一支節能燈損壞時已經有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．
節能燈的費用少，我們選擇節能燈．
答：60W白熾燈的成本加電費是157.5元，11W節能燈的成本加電費是45.5元；從“經濟”角度考慮，應選擇節能燈．
（3）實驗器材：溫度計，功率相等的白熾燈和節能燈．
操作步驟：①取功率相等的白熾燈和節能燈，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溫度計的示數．
實驗現象：觀察到白熾燈所在位置的溫度計溫度示數大，它周圍的溫度高；節能燈所處位置的溫度計示數小，溫度低．
實驗結論：由于白熾燈與節能燈功率、發光時間相等，由W=Pt知它們消耗的電能W相等；白熾燈周圍的溫度高，說明它產生的熱量Q多，由η=

W-Q

W

知白熾燈的發光效率低．
答：器材：溫度計，功率相等的白熾燈和節能燈．
操作步驟：取功率相等的白熾燈和節能燈，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溫度計的示數．
實驗現象：觀察到白熾燈所在位置的溫度計溫度示數大，它周圍的溫度高；
節能燈所處位置的溫度計示數小，溫度低．
實驗結論：白熾燈的發光效率低．

點評：本題考查的知識點多，難點是①比較節能燈和白熾燈各自特點和所需費用；②設計實驗來比較白熾燈與節能燈的發光效率，是一道難題