4. 小明通过查阅资料知道:
电流通过白炽灯灯丝时,灯丝达到白炽状态,通过热辐射发光,这一过程中大部分电能转化为内能。LED灯利用通电后可以直接发光的半导体材料,将电能直接转化为光能。
下表所示是针对白炽灯和LED灯发光时,用照度计在距离光源0.5m处测得的实验数据。[表中lx(勒克斯)为照度单位,照度的值越大,灯就越亮]


(1) 从上表可知,白炽灯正常工作1h,消耗的电能为
$2.5×10^{-2}$
kW·h。
(2) 若该白炽灯工作时的能量转化情况如图所示,则其发光效率是
10%
。
(3) 综合以上信息可以判断:LED灯的发光效率
大于
(选填“大于”“等于”或“小于”)白炽灯的发光效率。
解析:
【分析】
1. 第(1)问:计算白炽灯正常工作1h消耗的电能,需使用电能公式$W=Pt$。首先从实验数据中获取白炽灯的额定功率,将功率单位转换为kW,时间单位为h,代入公式即可求出消耗的电能。
2. 第(2)问:发光效率是指转化为光能的能量占消耗总电能的比例。根据能量转化图的能量分配比例,直接取光能对应的占比即为发光效率。
3. 第(3)问:对比实验数据可知,在亮度相近(照度相近)时,LED灯的功率远小于白炽灯,说明消耗相同电能时LED灯转化的光能更多,因此可判断其发光效率与白炽灯的大小关系。
【解析】
(1) 由表格可知白炽灯的额定功率$P=25W=0.025kW$,工作时间$t=1h$,根据电能计算公式$W=Pt$,可得消耗的电能:
$W=0.025kW×1h=2.5×10^{-2}kW·h$
(2) 由能量转化图可知,电能转化为光能的比例为$10\%$,因此该白炽灯的发光效率是$10\%$。
(3) 从实验数据可知,在照度相近(亮度相近)时,LED灯的功率远小于白炽灯的功率,说明LED灯消耗相同电能时转化的光能更多,所以LED灯的发光效率大于白炽灯的发光效率。
【答案】
(1) $2.5×10^{-2}$
(2) $10\%$
(3) 大于
【知识点】
电能的计算、能量转化效率、电功率的实际应用
【点评】
本题结合生活中的照明灯具,考查了电能计算、发光效率的理解与比较,注重物理知识在实际生活中的应用,引导学生关注节能产品与科技发展。
【难度系数】
0.6