Question

4．同一型號(hào)的兩個(gè)燈泡串聯(lián)在電路中會(huì)一樣亮嗎？小明在進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了有趣的現(xiàn)象．實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明將兩個(gè)型號(hào)為“12V 25W”的燈泡L₁和L₂接到12V電源上，組成如圖甲所示的電路并進(jìn)行如下操作：
①首先，他閉合開關(guān)S₂，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)燈泡一起亮，亮度相同；
②接著，他再閉合開關(guān)S₁，發(fā)現(xiàn)燈泡L₁因短路而熄滅，燈泡L₂變得更亮；
③等到L₁熄滅一段時(shí)間后，他又?jǐn)嚅_S₁，發(fā)現(xiàn)L₂的亮度逐漸減弱，而L₁逐漸亮起來，過了一會(huì)兒兩個(gè)燈泡達(dá)到一樣的亮度．
為什么步驟③中會(huì)出現(xiàn)這種有趣的
現(xiàn)象呢？小明猜想可能是
A．燈泡兩端電壓變化后，造成燈絲電阻變化所致
B．燈泡的實(shí)際功率變化后，造成燈絲溫度變化所致
為了檢驗(yàn)自己的猜想是否正確，小明取其中一個(gè)燈泡，重新設(shè)計(jì)電路，將開關(guān)閉合后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測(cè)得了燈泡兩端的電壓和燈泡中的電流，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示．

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7	8	9
U/V	0	1	2	4	6	8	10	11	12
I/A	0	0.71	0.94	1.27	1.55	1.80	1.95	2.03	2.08

（1）小明很快排除了猜想A，因?yàn)閷?dǎo)體的電阻只與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積和溫度有關(guān)．
（2）分析表中數(shù)據(jù)，計(jì)算出第五次和第八次燈絲的電阻分別是3.87Ω、5.42Ω，
（3）在操作③這個(gè)步驟中，為何開關(guān)S₁剛斷開時(shí)，L₁較暗而L₂較亮？請(qǐng)作出合理的解釋．
（4）在操作③這個(gè)步驟中，當(dāng)兩個(gè)燈泡亮度相同后，電路消耗的總功率是多少？
（5）乙、丙兩個(gè)電路均可用來測(cè)量燈泡的電流和電壓值，小明為了證實(shí)自己的猜想，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的應(yīng)是乙、丙中乙電路．

Answer 1

分析 （1）電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度有關(guān)，與電流和電壓的大小無(wú)關(guān)．
（2）根據(jù)公式I=$\frac{U}{I}$求出電阻的大��；
（3）燈絲的溫度的高低影響著導(dǎo)體電阻的大小，從兩燈泡的溫度變化到其阻值的變化即可確定兩燈泡的亮度為何發(fā)生如此的變化．
（4）通過兩燈泡的亮度相同，在前面分析的基礎(chǔ)上，得到了兩燈泡的阻值相等，可以確定每個(gè)燈泡兩端的電壓，再結(jié)合表中對(duì)應(yīng)電壓下的電流，算出燈泡的功率．進(jìn)而求出總功率．
（5）分析電路數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與電路的特點(diǎn)，兩者能夠?qū)��?yīng)起來即可．

解答 解：（1）大量實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，它的大小決定于導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積和溫度；且在一般情況下，絕大多數(shù)導(dǎo)體的溫度越高，其阻值就越大．
（2）第五次的電阻為：${R}_{5}=\frac{{U}_{5}}{{I}_{5}}=\frac{6V}{1.55A}≈3.87Ω$；第八次的電阻為：${R}_{8}=\frac{{U}_{8}}{{I}_{8}}=\frac{11V}{2.03A}≈5.42Ω$；
（3）在操作③這個(gè)步驟中，由于燈L₂一直處于通電狀態(tài)，溫度較高，相應(yīng)的電阻也較大．當(dāng)開關(guān)S₁斷開時(shí)，燈L₁與燈L₂串聯(lián)在電路中，開始時(shí)L_1的即時(shí)電阻比L₂的電阻小，故L₂分得的電壓相應(yīng)也要大，根據(jù)公式P=UI，可以確定，此時(shí)的L₂的功率大于L₁的功率，所以此時(shí)亮燈的亮度不同：燈L₂與燈L₁要亮；隨著通電時(shí)間的增加，最終兩燈電阻相等，亮度也說就相等了．
（4）當(dāng)兩燈亮度相同時(shí)，它們的阻值相等，通過它們的電流相等，利用歐姆定律可以確定兩個(gè)燈泡兩端的電壓相等，即每個(gè)燈泡兩端的電壓為6V．結(jié)合上表中的數(shù)據(jù)，當(dāng)燈泡兩端的電壓為6V時(shí)，燈絲的電流為1.55A．此時(shí)每個(gè)燈泡的功率：P=UI=6V×1.55A=9.3W．總功率為兩者之和即18.6W．
（5）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為0時(shí)，電流表示數(shù)也為0．若是乙圖，滑片移到左端時(shí)，燈泡短路，電壓表和電流表示數(shù)都為0，且燈泡電壓越大電流也越大；若是丙圖，滑片移動(dòng)中，電流表和電壓表示數(shù)均不會(huì)為0．故小明實(shí)驗(yàn)采用的是乙電路．
故答案為：（1）材料、長(zhǎng)度、橫截面積和溫度；
（2）3.87Ω；5.42Ω；
（3）在操作③這個(gè)步驟中，由于燈L₂一直處于通電狀態(tài)，溫度較高，相應(yīng)的電阻也較大，當(dāng)開關(guān)S₁斷開時(shí)，燈L₁與燈L₂串聯(lián)在電路中，開始時(shí)L₁的即時(shí)電阻比L₂的電阻小，故L₂分得的電壓相應(yīng)也要大，隨著通電時(shí)間的增加，最終兩燈電阻相等，亮度也說就相等了；
（4）18.6W；（5）乙．

點(diǎn)評(píng) 此題的最難解決的是第三問，難在求燈泡功率時(shí)，找不到兩燈泡此時(shí)的電流是多少．其原因是忽略了上面的表格中給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．因此，認(rèn)真審題是關(guān)鍵，特別是對(duì)這種題干較長(zhǎng)，信息較繁瑣的題目，審題尤為重要．