Question

3．同一型號的兩個燈泡串聯在電路中會一樣亮嗎？小明在進行電學實驗時發現了有趣的現象．實驗時，小明將兩個型號為“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行如下操作：
①首先，斷開開關S₁，閉合開關S₂，發現兩個燈泡一起變亮，亮度相同；
②接著，保持閉合開關S₂，再閉合開關S₁，發現燈泡L₁因短路而熄滅，燈泡L₂變得更亮；
③等到L₁熄滅一段時間后，又斷開開關S₁，發現L₂的亮度逐漸減弱，而L₁逐漸亮起來，過了一會兒兩個燈泡達到一樣的亮度．
為什么步驟③中會出現這種有趣的現象呢？小明猜想可能是因為燈泡兩端電壓變化后，造成燈絲電阻變化所致．為了檢驗自己的猜想是否正確，小明取其中一個燈泡，重新設計電路，將開關閉合后，測得了燈泡兩端的電壓和燈泡中的電流，實驗數據如表所示：

U/V	0	1	2	4	6	8	10	11
I/A	0	0.71	0.94	1.27	1.55	1.80	2.03	2.14

（1）分析表中數據，判斷當小燈泡兩端電壓變化后燈絲的電阻是否改變？如果燈絲電阻改變，其原因是什么？改變；電壓增加時，電流隨之增大，溫度升高，導致電阻變大．
（2）在操作③這個步驟中，為何開關S₁剛斷開時，L₁較暗而L₂較亮？請作出合理的解釋：在操作③這個步驟中，由于燈L₂一直處于通電狀態，溫度較高，相應的電阻也較大，當開關S₁斷開時，燈L₁與燈L₂串聯在電路中，開始時L₁的即時電阻比L₂的電阻小，故L₂分得的電壓相應也要大，隨著通電時間的增加，最終兩燈電阻相等，亮度也就相等了．
（3）在操作③這個步驟中，當兩個燈泡達到一樣的亮度后，電路消耗的總功率是18.6W．
（4）圖中乙、丙兩個電路均可用來測量燈泡的電流和電壓值，小明為了證實自己的猜想，實驗時采用的應是乙、丙中哪一個電路，并簡述理由．

Answer 1

分析 （1）利用表中的數據結合歐姆定律算出電阻，即可確定導體的阻值是否發生變化．根據導體電阻的決定因素來分析其阻值變化的原因．
（2）燈絲的溫度的高低影響著導體電阻的大小，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生如此的變化．
（3）通過兩燈泡的亮度相同，在前面分析的基礎上，得到了兩燈泡的阻值相等，可以確定每個燈泡兩端的電壓，再結合表中對應電壓下的電流，算出燈泡的功率．進而求出總功率．
（4）分析電路數據的特點與電路的特點，兩者能夠對應起來即可．

解答 解：（1）利用歐姆定律，根據表中的數據，求出導體的阻值，發現導體的電阻在增大．原因是，當電壓增加時，電流隨之增大，燈絲的溫度升高，導致電阻變大．
（2）在操作③這個步驟中，由于燈L₂一直處于通電狀態，溫度較高，相應的電阻也較大．
當開關S₁斷開時，燈L₁與燈L₂串聯在電路中，開始時L_1的即時電阻比L₂的電阻小，故L₂分得的電壓相應也要大，根據公式P=UI，可以確定，此時的L₂的功率大于L₁的功率，所以此時亮燈的亮度不同：燈L₂與燈L₁要亮；
隨著通電時間的增加，最終兩燈電阻相等，亮度也就相等了．
（3）當兩燈亮度相同時，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燈泡兩端的電壓相等，即每個燈泡兩端的電壓為6V．結合上表中的數據，當燈泡兩端的電壓為6V時，燈絲的電流為1.55A．此時每個燈泡的功率：P=UI=6V×1.55A=9.3W．總功率為兩者之和即18.6W．
（4）由表格數據可知，當電壓表示數為0時，電流表示數也為0．
若是乙圖，滑片移到左端時，燈泡短路，電壓表和電流表示數都為0，且燈泡電壓越大電流也越大；
若是丙圖，滑片移動中，電流表和電壓表示數均不會為0．
故小明實驗采用的是乙電路．
故答案為：（1）改變；電壓增加時，電流隨之增大，溫度升高，導致電阻變大；
（2）在操作③這個步驟中，由于燈L₂一直處于通電狀態，溫度較高，相應的電阻也較大，當開關S₁斷開時，燈L₁與燈L₂串聯在電路中，開始時L₁的即時電阻比L₂的電阻小，故L₂分得的電壓相應也要大，隨著通電時間的增加，最終兩燈電阻相等，亮度也就相等了；
（3）18.6W；
（4）乙電路，滑片移到左端時，燈泡短路，電壓表和電流表示數都為0，且燈泡電壓越大電流也越大．

點評 此題的最難解決的是第三問，難在求燈泡功率時，找不到兩燈泡此時的電流是多少．其原因是忽略了上面的表格中給出的實驗數據．因此，認真審題是關鍵，特別是對這種題干較長，信息較繁瑣的題目，審題尤為重要．