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无影灯的奥秘

  当光照射在不透明的物体上时,物体就会投下一片阴影,影子有时是很有用的,例如在发明钟表之前,人们依靠日晷仪上的影子的长度和方位来判断时间.影子有时又是很讨厌的,如外科医生在灯光下动手术时,手的阴影妨碍了他的工作,因此,人们发明了无影灯.

  在方桌上铺开一张大白纸,在纸的中心处放上圆柱形物体,先在它的一侧点燃一枝蜡烛.你会看到,这个圆柱就会在另一侧投下它清晰的影子.再点燃一枝蜡烛,就会形成两个相叠而不重合的影子.两影相叠的部分完全无光而全黑,这一部分称为本影;本影旁边有半透明的灰暗部分,称为半影.点燃第三枝蜡烛,本影缩小,半影出现多个层次.同时点燃多枝蜡烛,这时本影完全消失,半影也淡得看不见了.如图所示.

  根据这一原理,科学家设计了手术室用的无影灯,大面积的光源从不同的角度把光线照射到手术台上,保证手术时有足够的亮度,而没有明显的本影来妨碍医生的工作.

  请回答下列问题:

(1)

无影灯应用了什么物理知识?

(2)

外科手术室里使用的无影灯,可以避免手术时出现手及医疗器械产生的黑影,这种无影灯是由许多发光面较大的________组成.

(3)

赤日炎炎的夏季,树人中学的同学们在工地上劳动,将凉水壶放在电线杆的阴影里,李明同学突然提出:电线杆有影子,电线为什么没有影子呢?有四位同学提出了解释,其中正确的是

[  ]

A.

射到电线上的光线太弱

B.

电线太细,太阳光射到它上面形成的本影很小,未落到地面

C.

太阳是个大光源,能把较细电线的四周照亮,在地面上几乎看不到影子

D.

电线杆是竖着的,电线横着不会形成影子

(4)

为什么白炽灯下面影子很清楚,而日光灯下的影子却不太清楚?

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电灯为什么能发出亮光

  电炉和白炽灯泡都是利用电流的热效应工作的.你是否想过:额定电压相同的电炉和白炽灯,电炉的额定功率往往比白炽灯的额定功率大得多,但正常工作时,电炉丝只发出微弱的红光,而白炽灯却发出明亮的光芒.这是为什么呢?

  让我们来观察电炉的炉丝和灯泡的灯丝,也许会找到答案.

  原来电炉丝比较粗,而且是绕成单螺旋状的,螺旋的直径在7~8 mm左右,它的螺距比较大,这样便于散热,因此电炉工作时炉丝的温度不会太高,只在200℃左右,没有达到白炽状态.不过200℃左右的温度,虽然发出的可见光很少,但足以满足加热的需要.

  再看白炽灯,灯丝很细,大约是电炉丝的左右,而且绕成双螺旋状,灯丝间的螺距很小,便于集中热量,这样电流通过灯丝产生的热很快使灯丝温度达到2500℃以上,并保持这个温度,灯丝处于白炽状态,能向外发出明亮的光芒.

  白炽灯工作时,由于将消耗的电能绝大部分转化为热,用以维持灯丝的白炽状态,只将7%~8%的电能转化为可见光,所以白炽灯的效率比较低.

  现在很多家庭使用的是日光灯或节能灯,发光效率比较高,原来它们不是利用电流的热效应工作的.日光灯管内充有稀薄的水银蒸汽,当水银蒸汽导电时,就发射出紫外线,使涂在管内壁上的荧光粉发出柔和的白光.

请回答:

(1)文中提到三种用电器:电炉、白炽灯、日光灯,工作原理相同的是什么?利用了什么原理?

(2)正常工作时,为什么白炽灯的灯丝比电炉的炉丝温度高得多?

(3)第(2)问提到的现象对你有什么启发?你能联系实际再列举几个用类似方法保温或加快散热的例子吗?

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