芻議電功實驗中出現的“意外”

蔣麗艷

(蘇州高新區第一中學　江蘇 蘇州　215009)

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芻議電功實驗中出現的“意外”

蔣麗艷

(蘇州高新區第一中學江蘇 蘇州215009)

電功實驗中，將兩個不同規格的小燈并聯時，出現了電流小，燈反而亮的意外情況.通過對小燈電流、電壓值的測定，文中分析了出現意外的原因，并對教材編寫提出了一點建議.

電功燈泡亮暗

1　電功實驗中的“意外”

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

圖1　驗證電功與電壓關系的電路圖

圖2　驗證電功與電流關系的電路圖

電功的公式為W=UIt.從理論上分析，當甲、乙兩燈串聯時，電流相等，電阻大的乙燈兩端電壓大，相同時間內電流做的功多，乙燈會亮一些.而當甲、乙兩燈并聯時，燈兩端電壓相等，流經電阻大的乙燈的電流反而小，相同時間內電流做的功少，乙燈會暗一些.也就是說，在串、并聯電路中，同一個燈的亮暗情況是相反的.但在實驗過程中，筆者卻意外地發現：無論是串聯或是并聯電路，乙燈都比甲燈亮,如圖3,4所示.該現象與理論分析不符.

圖3　兩燈串聯實物圖

圖4　兩燈并聯實物圖

細看兩電表的示數，在圖3的串聯電路中，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象卻與理論依據相悖.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“意外”的原因

上述實驗中，選用的甲燈標有“3.8 V,0.3 A”字樣，乙燈則標有“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，并記錄了燈絲發光的情況，見表1和表2.

表1　甲燈的發光情況

表2　乙燈的發光情況

從表1的數據中，可以發現原來甲燈的額定電流實際并非所標的0.3 A，而是0.5 A.對比表1和表2，分析表格中的數據，我們不難發現出現“意外”的原因：當甲、乙兩燈串聯時，調節滑動變阻器滑片，當電流達到0.26 A時，甲燈才剛亮(燈絲剛出現暗紅色的發光點)，但此時乙燈已經可以發出白光了.當甲、乙兩燈并聯時，當燈兩端電壓是1.4 V時，甲燈的電流I=0.32 A，乙燈的電流I=0.22 A左右，雖然流經甲燈的電流大，但此時甲燈發出的卻是暗黃的光，而乙燈發的黃光已經相對較亮了.因此，對于兩個額定電壓、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.

筆者又選取了經測試規格確實是“3.8 V，0.3 A”的丙燈與“2.5 V，0.3 A”的乙燈重新實驗，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　丙燈的發光情況

利用這兩個小燈進行實驗，將兩燈串聯，電流達到0.12 A時，丙燈先亮，丙燈兩端電壓大，當電流增大至0.2 A時，丙燈發出的黃光比乙燈亮，此時丙燈兩端的電壓仍然大.將兩燈并聯，當電壓值達到表2中的0.5 V時，乙燈先亮，通過乙燈的電流大，當燈兩端電壓繼續增大至2 V時，乙燈發出的已是白光，而丙燈此時還是黃亮的光，通過乙燈的電流仍然大.即“串聯時，電壓大的丙燈亮；并聯時，電流大的乙燈亮”，與理論完全相符.

3　對教材編寫的一點建議

蘇科版教材在編寫“比較兩個燈泡的亮暗”實驗時，只是提及取“兩個電阻不等的白熾燈”[1]，并沒有寫明所選取的兩燈的規格.從上面的實驗中，我們發現用額定電壓和額定電流均不同的兩小燈無法驗證電功的實驗.但是取額定電流相同、額定電壓不同的兩個小燈卻可以驗證.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”兩個阻值不等的小燈.

1劉炳升．物理·義務教育課程標準實驗教科書(九年級下)．南京：江蘇科學技術出版社，2013．3～4

2鄭海林．談談燈泡的亮度與功率的關系．物理通報，2007(6)：59～60

蔣麗艷(1981-)，女，碩士，中教一級，主要從事中學物理教學研究.

2016-03-29)