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盒内温度升高的多少
白炽灯
电流表示数的大小
LED灯
LED灯
150
【分析】
1. 对于问题(1):三个灯的额定功率相同,通电时间相同,消耗的总电能相同。电能会转化为内能和光能,密封盒内的空气吸收内能越多,温度升高越多,因此可通过盒内温度升高的多少判断转化为内能的多少。
2. 对于问题(2):已知光敏电阻阻值与光照度成反比,光照越强,光敏电阻阻值越小,根据欧姆定律,电路中电流越大,因此电流表示数的大小可反映光照强度,即转化的光能多少。
3. 对于问题(3):发光效率是光能占消耗电能的比例,结合前两问,LED灯转化的内能最少、光能最多,因此发光效率最高。
4. 对于问题(4):光敏电阻阻值与光照度成反比,电流与光敏电阻阻值成反比,因此电流与光照度成正比。LED灯电流是白炽灯的10倍,说明相同功率下LED灯的光照度是白炽灯的10倍,因此15W的LED灯的光照度相当于15W×10=150W白炽灯的光照度,即亮度相当。
【解析】
(1) 三个灯的功率均为15W,通电时间相同,根据$W=Pt$,消耗的电能相同。电能转化为内能和光能,盒内空气吸收的内能越多,温度升高越多。由表格数据可知,白炽灯的盒内温度升高最多,说明其电能转化为内能最多。因此通过比较盒内温度升高的多少,可知电能转化为内能最多的是白炽灯。
(2) 光敏电阻的电阻值与光照度成反比,即光照度越强,光敏电阻阻值越小。电源电压不变,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$,光敏电阻阻值越小,电路中电流越大,电流表示数越大,说明转化的光能越多。表格中LED灯的电流表示数最大,因此转化的光能最多。即通过比较电流表示数的大小,可知电能转化为光能最多的是LED灯。
(3) 发光效率是指转化的光能占消耗电能的比例。LED灯消耗的电能与其他灯相同,但转化的内能最少(温度升高最少),转化的光能最多(电流表示数最大),因此其发光效率最高,即LED灯。
(4) 因为光敏电阻阻值$R_0$与光照度$E$成反比,即$R_0=\frac{k}{E}$($k$为常数),电路中电流$I=\frac{U}{R_0+R_{其他}}$,近似认为电流$I$与$E$成正比($R_{其他}$远小于$R_0$)。LED灯的电流是白炽灯的$\frac{60mA}{6mA}=10$倍,说明相同功率下,LED灯的光照度是白炽灯的10倍。因此15W的LED灯的光照度与$15W×10=150W$的白炽灯的光照度相当,即亮度相当。
【答案】
(1) 盒内温度升高的多少;白炽灯
(2) 电流表示数的大小;LED灯
(3) LED灯
(4) 150
【知识点】
光敏电阻特性;电功与能量转化;发光效率
【点评】
本题通过转换法将抽象的光照度、能量转化情况转化为可测量的电流、温度数据,考查了对能量转化、欧姆定律的综合应用,需要学生具备分析实验装置和数据的能力。
【难度系数】
0.6