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2.小星在超市看见白炽灯和节能灯后,想到一个问题:白炽灯和节能灯谁的寿命更长,使用时哪个更经济?为此他查阅了资料,摘出部分信息如下。
资料一:白炽灯在白炽状态下发光时,有微粒不断地从灯丝上跑出来,温度越高,微粒跑得越厉害,使灯丝逐渐变细。
资料二:60 W白炽灯与某种11 W的节能灯正常工作时照明效果相同(数据如表一)。
表一
资料三:白炽灯和节能灯都不宜频繁开关。
(1)以上资料蕴藏着一些物理知识,请写出一条:
(2)已知“220 V 60 W”的白炽灯,在常温下灯丝的电阻约80 Ω,请通过计算将该白炽灯的有关数据填在表二的空格中。(要保留计算过程)
表二
(3)根据以上数据分析,可知白炽灯不宜频繁开关的原因是:
(4)根据资料,若使节能灯从买回来开始正常工作到寿命结束,消耗的电能为多少千瓦时?
资料一:白炽灯在白炽状态下发光时,有微粒不断地从灯丝上跑出来,温度越高,微粒跑得越厉害,使灯丝逐渐变细。
资料二:60 W白炽灯与某种11 W的节能灯正常工作时照明效果相同(数据如表一)。
表一
资料三:白炽灯和节能灯都不宜频繁开关。
(1)以上资料蕴藏着一些物理知识,请写出一条:
灯丝升华变细(或温度越高升华越厉害;或灯泡是用电流的热效应来发光的;等等)
。(2)已知“220 V 60 W”的白炽灯,在常温下灯丝的电阻约80 Ω,请通过计算将该白炽灯的有关数据填在表二的空格中。(要保留计算过程)
表二
(3)根据以上数据分析,可知白炽灯不宜频繁开关的原因是:
频繁开关导致白炽灯灯丝经常在强电流大功率下工作,由于热效应,使灯丝易烧断
。(4)根据资料,若使节能灯从买回来开始正常工作到寿命结束,消耗的电能为多少千瓦时?
答案
2.(1)灯丝升华变细(或温度越高升华越厉害;或灯泡是用电流的热效应来发光的;等等)
(2)刚开始工作时的电功率为:$P_1=\frac{U^2}{R}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{80\ \Omega}=605\ \mathrm{W}$
正常工作时功率为:$P_{\mathrm{实}}=P_{\mathrm{额}}=60\ \mathrm{W}$
(3)频繁开关导致白炽灯灯丝经常在强电流大功率下工作,由于热效应,使灯丝易烧断
(4)节能灯消耗电能:$W_2=P_2t_2=0.011\ \mathrm{kW} × 3\ 000\ \mathrm{h}=33\ \mathrm{kW} · \mathrm{h}$
(2)刚开始工作时的电功率为:$P_1=\frac{U^2}{R}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{80\ \Omega}=605\ \mathrm{W}$
正常工作时功率为:$P_{\mathrm{实}}=P_{\mathrm{额}}=60\ \mathrm{W}$
(3)频繁开关导致白炽灯灯丝经常在强电流大功率下工作,由于热效应,使灯丝易烧断
(4)节能灯消耗电能:$W_2=P_2t_2=0.011\ \mathrm{kW} × 3\ 000\ \mathrm{h}=33\ \mathrm{kW} · \mathrm{h}$
解析
【分析】
本题围绕白炽灯和节能灯的相关物理知识展开，需结合给定资料信息和物理公式逐一解决问题：第(1)问需从资料中提取对应物理知识；第(2)问利用电功率公式计算白炽灯不同状态的功率；第(3)问结合电流与电阻的关系分析频繁开关的危害；第(4)问利用电能公式计算节能灯总消耗电能。
【解析】
(1) 从资料一可知，灯丝变细是固态直接变为气态，属于升华现象，任选一条合理物理知识即可，如：灯丝升华变细。
(2) ① 白炽灯常温下刚开始工作时，灯丝电阻$R=80\ \Omega$，电压$U=220\ \mathrm{V}$，根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$，可得刚开始工作的电功率：$P_1=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{80\ \Omega}=605\ \mathrm{W}$；
② 白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率，即$P_{\mathrm{实}}=P_{\mathrm{额}}=60\ \mathrm{W}$。
(3) 白炽灯灯丝电阻随温度降低而减小，频繁开关时，灯丝温度低，电阻小，根据$I=\frac{U}{R}$，电源电压一定，此时通过灯丝的电流大，由$P=UI$可知实际功率大，产生的热量多，容易烧断灯丝。
(4) 节能灯功率$P_2=11\ \mathrm{W}=0.011\ \mathrm{kW}$，寿命$t_2=3000\ \mathrm{h}$，根据电能公式$W=Pt$，可得消耗电能：$W_2=P_2t_2=0.011\ \mathrm{kW}×3000\ \mathrm{h}=33\ \mathrm{kW·h}$。
【答案】
(1) 灯丝升华变细（合理即可）
(2) 刚开始工作时电功率为605 W，正常工作时电功率为60 W
(3) 频繁开关时，灯丝温度低，电阻小，电流大，产生的热量多，容易烧断灯丝
(4) 33 千瓦时
【知识点】
升华现象、电功率计算、电能计算
【点评】
本题结合生活常见电器，将物态变化、电学计算与实际应用结合，既考查资料信息提取能力，又考查物理公式运用，难度适中，体现物理与生活的联系。
【难度系数】
0.5
本题围绕白炽灯和节能灯的相关物理知识展开，需结合给定资料信息和物理公式逐一解决问题：第(1)问需从资料中提取对应物理知识；第(2)问利用电功率公式计算白炽灯不同状态的功率；第(3)问结合电流与电阻的关系分析频繁开关的危害；第(4)问利用电能公式计算节能灯总消耗电能。
【解析】
(1) 从资料一可知，灯丝变细是固态直接变为气态，属于升华现象，任选一条合理物理知识即可，如：灯丝升华变细。
(2) ① 白炽灯常温下刚开始工作时，灯丝电阻$R=80\ \Omega$，电压$U=220\ \mathrm{V}$，根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$，可得刚开始工作的电功率：$P_1=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{80\ \Omega}=605\ \mathrm{W}$；
② 白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率，即$P_{\mathrm{实}}=P_{\mathrm{额}}=60\ \mathrm{W}$。
(3) 白炽灯灯丝电阻随温度降低而减小，频繁开关时，灯丝温度低，电阻小，根据$I=\frac{U}{R}$，电源电压一定，此时通过灯丝的电流大，由$P=UI$可知实际功率大，产生的热量多，容易烧断灯丝。
(4) 节能灯功率$P_2=11\ \mathrm{W}=0.011\ \mathrm{kW}$，寿命$t_2=3000\ \mathrm{h}$，根据电能公式$W=Pt$，可得消耗电能：$W_2=P_2t_2=0.011\ \mathrm{kW}×3000\ \mathrm{h}=33\ \mathrm{kW·h}$。
【答案】
(1) 灯丝升华变细（合理即可）
(2) 刚开始工作时电功率为605 W，正常工作时电功率为60 W
(3) 频繁开关时，灯丝温度低，电阻小，电流大，产生的热量多，容易烧断灯丝
(4) 33 千瓦时
【知识点】
升华现象、电功率计算、电能计算
【点评】
本题结合生活常见电器，将物态变化、电学计算与实际应用结合，既考查资料信息提取能力，又考查物理公式运用，难度适中，体现物理与生活的联系。
【难度系数】
0.5
