芻議電功實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“意外”

蔣麗艷

(蘇州高新區(qū)第一中學(xué)　江蘇 蘇州　215009)

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芻議電功實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“意外”

蔣麗艷

(蘇州高新區(qū)第一中學(xué)江蘇 蘇州215009)

電功實(shí)驗(yàn)中，將兩個(gè)不同規(guī)格的小燈并聯(lián)時(shí)，出現(xiàn)了電流小，燈反而亮的意外情況.通過對小燈電流、電壓值的測定，文中分析了出現(xiàn)意外的原因，并對教材編寫提出了一點(diǎn)建議.

電功燈泡亮暗

1　電功實(shí)驗(yàn)中的“意外”

蘇科版“電能表與電功”一節(jié)中，用活動(dòng)“比較兩個(gè)燈泡的亮暗”來反映電流做功的多少.編者的意圖是：白熾燈是將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能并進(jìn)而轉(zhuǎn)化為光能的裝置.一般來說，在相同時(shí)間內(nèi)電流做的功越多，消耗的電能就越多，電燈獲得的內(nèi)能也就越多，電燈就越亮[1].用轉(zhuǎn)換法的思想將人眼不可見的電功用燈的亮度表現(xiàn)出來.書中提供的“驗(yàn)證電功與電壓關(guān)系”的電路如圖1所示，“驗(yàn)證電功與電流關(guān)系”的電路如圖2所示.

圖1　驗(yàn)證電功與電壓關(guān)系的電路圖

圖2　驗(yàn)證電功與電流關(guān)系的電路圖

電功的公式為W=UIt.從理論上分析，當(dāng)甲、乙兩燈串聯(lián)時(shí)，電流相等，電阻大的乙燈兩端電壓大，相同時(shí)間內(nèi)電流做的功多，乙燈會(huì)亮一些.而當(dāng)甲、乙兩燈并聯(lián)時(shí)，燈兩端電壓相等，流經(jīng)電阻大的乙燈的電流反而小，相同時(shí)間內(nèi)電流做的功少，乙燈會(huì)暗一些.也就是說，在串、并聯(lián)電路中，同一個(gè)燈的亮暗情況是相反的.但在實(shí)驗(yàn)過程中，筆者卻意外地發(fā)現(xiàn)：無論是串聯(lián)或是并聯(lián)電路，乙燈都比甲燈亮,如圖3,4所示.該現(xiàn)象與理論分析不符.

圖3　兩燈串聯(lián)實(shí)物圖

圖4　兩燈并聯(lián)實(shí)物圖

細(xì)看兩電表的示數(shù)，在圖3的串聯(lián)電路中，乙燈兩端的電壓大，乙燈亮，符合理論分析.再看圖4的并聯(lián)電路，通過乙燈的電流小，也與理論分析相符，但是乙燈反而亮的現(xiàn)象卻與理論依據(jù)相悖.由此可見，試圖用燈的亮暗程度來反映電流做功的多少似乎是不可行的.

2　分析出現(xiàn)“意外”的原因

上述實(shí)驗(yàn)中，選用的甲燈標(biāo)有“3.8 V,0.3 A”字樣，乙燈則標(biāo)有“2.5 V,0.3 A”的字樣.為何通過乙的電流小，乙燈反而亮呢？為了尋找其中的原因，筆者分別測試了通過甲、乙兩燈的電流和兩端的電壓，并記錄了燈絲發(fā)光的情況，見表1和表2.

表1　甲燈的發(fā)光情況

表2　乙燈的發(fā)光情況

從表1的數(shù)據(jù)中，可以發(fā)現(xiàn)原來甲燈的額定電流實(shí)際并非所標(biāo)的0.3 A，而是0.5 A.對比表1和表2，分析表格中的數(shù)據(jù)，我們不難發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)“意外”的原因：當(dāng)甲、乙兩燈串聯(lián)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電流達(dá)到0.26 A時(shí)，甲燈才剛亮(燈絲剛出現(xiàn)暗紅色的發(fā)光點(diǎn))，但此時(shí)乙燈已經(jīng)可以發(fā)出白光了.當(dāng)甲、乙兩燈并聯(lián)時(shí)，當(dāng)燈兩端電壓是1.4 V時(shí)，甲燈的電流I=0.32 A，乙燈的電流I=0.22 A左右，雖然流經(jīng)甲燈的電流大，但此時(shí)甲燈發(fā)出的卻是暗黃的光，而乙燈發(fā)的黃光已經(jīng)相對較亮了.因此，對于兩個(gè)額定電壓、額定電流都不同的小燈，通過燈的亮暗程度來反映電流做功的多少未必可行.

筆者又選取了經(jīng)測試規(guī)格確實(shí)是“3.8 V，0.3 A”的丙燈與“2.5 V，0.3 A”的乙燈重新實(shí)驗(yàn)，丙燈的電流和兩端的電壓值見表3，乙燈的電流和兩端的電壓值同表2.

表3　丙燈的發(fā)光情況

利用這兩個(gè)小燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將兩燈串聯(lián)，電流達(dá)到0.12 A時(shí)，丙燈先亮，丙燈兩端電壓大，當(dāng)電流增大至0.2 A時(shí)，丙燈發(fā)出的黃光比乙燈亮，此時(shí)丙燈兩端的電壓仍然大.將兩燈并聯(lián)，當(dāng)電壓值達(dá)到表2中的0.5 V時(shí)，乙燈先亮，通過乙燈的電流大，當(dāng)燈兩端電壓繼續(xù)增大至2 V時(shí)，乙燈發(fā)出的已是白光，而丙燈此時(shí)還是黃亮的光，通過乙燈的電流仍然大.即“串聯(lián)時(shí)，電壓大的丙燈亮；并聯(lián)時(shí)，電流大的乙燈亮”，與理論完全相符.

3　對教材編寫的一點(diǎn)建議

蘇科版教材在編寫“比較兩個(gè)燈泡的亮暗”實(shí)驗(yàn)時(shí)，只是提及取“兩個(gè)電阻不等的白熾燈”[1]，并沒有寫明所選取的兩燈的規(guī)格.從上面的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)用額定電壓和額定電流均不同的兩小燈無法驗(yàn)證電功的實(shí)驗(yàn).但是取額定電流相同、額定電壓不同的兩個(gè)小燈卻可以驗(yàn)證.因而，建議編寫者在教材中注明取“3.8 V，0.3 A”和“2.5 V，0.3 A”兩個(gè)阻值不等的小燈.

1劉炳升．物理·義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(九年級(jí)下)．南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013．3～4

2鄭海林．談?wù)劅襞莸牧炼扰c功率的關(guān)系．物理通報(bào)，2007(6)：59～60

蔣麗艷(1981-)，女，碩士，中教一級(jí)，主要從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

2016-03-29)