Question

15．某研究所為了確定不同因素對(duì)鎢絲白熾燈泡平均使用壽命的影響，做了如下三個(gè)實(shí)驗(yàn)．
①使燈泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為0.1atm，將燈泡內(nèi)不同直徑（D）、相同長度的鎢絲通電加熱到2400K，測(cè)出維持這一溫度所需的電流（I）以及燈絲的平均使用壽命（t）如表所示．

D（μm）	I（A）	t（h）
25	0.05	800
50	0.20	1600
100	0.80	3200
250	5.00	8000

②在燈絲直徑（D）為25μm的相同燈泡內(nèi)加入不同質(zhì)量的惰性氣體，從而改變燈泡內(nèi)部的壓強(qiáng)，且使鎢絲的溫度保持在2400K．測(cè)出燈泡內(nèi)壓強(qiáng)從0.1atm增大到0.5atm時(shí)，其平均使用壽命從800h增大到6000h；超過0.5atm后，燈泡平均壽命遞減．③在壓強(qiáng)為0.1atm，鎢絲直徑（D）為250μm的燈泡內(nèi)，改變流過鎢絲的電流（I）來改變燈絲的溫度，燈泡的平均使用壽命t（h）與燈絲溫度T（K）及電流I（A）的關(guān)系如表所示．

T（K）	I（A）	t（h）
2400	5.00	8000
2600	6.61	377
2800	7.48	29.5
3000	8.38	3.4

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)回答下列問題：
（1）（單選）根據(jù)實(shí)驗(yàn)③的結(jié)果，在與實(shí)驗(yàn)3相同的實(shí)驗(yàn)條件下，可以預(yù)測(cè)鎢絲工作溫度在2300K時(shí)，其平均使用壽命最接近于D
（A）50h（B）500h（C）2400h（D）24000h
（2）（單選）在相同的溫度下，下列四種燈泡中燈絲平均使用壽命最長的是D
（A）50μm粗細(xì)的燈絲并充有2.5atm的惰性氣體
（B）100μm粗細(xì)的燈絲并充有0.5atm的惰性氣體
（C）150μm粗細(xì)的燈絲并充有0.1atm的惰性氣體
（D）150μm粗細(xì)的燈絲并充有0.5atm的惰性氣體
（3）實(shí)驗(yàn)①中，若燈絲粗細(xì)為75μm，且燈絲的發(fā)熱電阻為500Ω，要保證該燈泡的平均使用壽命為2400h，則加在該燈泡兩端的電壓不能超過225V．

Answer 1

分析 （1）由表格2分析使用時(shí)間與溫度的關(guān)系，從而推測(cè)溫度為2300K時(shí)的使用時(shí)間；
（2）綜合三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可得出影響壽命的關(guān)鍵因素，從而確定使用時(shí)間最長的燈絲；
（3）由第一個(gè)表格分析電流與燈絲粗細(xì)關(guān)系，平均壽命與粗細(xì)關(guān)系，從而求出維持2400k時(shí)需要的電流大小，再由歐姆定律求解電壓值．

解答 解：（1）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)溫度降低時(shí)，使用壽命變長，故可知，當(dāng)溫度降為2300K使用壽命一定大于8000h，因此只能為24000h，故選D；
（2）由表格可知，直徑越粗使用壽命越長，相同條件下，壓強(qiáng)在0.5atm時(shí)使用壽命最長，故使用時(shí)間最長的應(yīng)為D；
（3）由表格數(shù)據(jù)分析可知：①電流與燈絲粗細(xì)關(guān)系：（$\fracber2hzr{25}$）²×0.05A；②平均使用壽命與燈絲粗細(xì)的關(guān)系：$\fraciv7qik1{25}$×800h．
所以燈絲粗細(xì)為75μm時(shí)，則維持2400K恒溫所需的電流為：（$\frac{75}{25}$）²×0.05A=0.45A，
根據(jù)歐姆定律有U=IR=0.45×500V=225V．
故答案為：（1）D；（2）D；（3）225．

點(diǎn)評(píng) 本題考查燈泡壽命的分析實(shí)驗(yàn)，要注意明確題意和正確利用數(shù)學(xué)規(guī)律分析歸納是解題的關(guān)鍵，所以本題實(shí)驗(yàn)考查的是學(xué)生分析問題的能力．