蔣麗艷

(蘇州高新區(qū)第一中學　江蘇 蘇州　215009)

?

芻議電功實驗中出現(xiàn)的“意外”

蔣麗艷

(蘇州高新區(qū)第一中學江蘇 蘇州215009)

電功實驗中，將兩個不同規(guī)格的小燈并聯(lián)時，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(jié)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(zhuǎn)化為內(nèi)能并進而轉(zhuǎn)化為光能的裝置.一般來說，在相同時間內(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(lián)時，電流相等，電阻大的乙燈兩端電壓大，相同時間內(nèi)電流做的功多，乙燈會亮一些.而當甲、乙兩燈并聯(lián)時，燈兩端電壓相等，流經(jīng)電阻大的乙燈的電流反而小，相同時間內(nèi)電流做的功少，乙燈會暗一些.也就是說，在串、并聯(lián)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(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)實物圖

圖4　兩燈并聯(lián)實物圖

細看兩電表的示數(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(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(shù)據(jù)，我們不難發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)“意外”的原因：當甲、乙兩燈串聯(lián)時，調(diào)節(jié)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(xiàn)暗紅色的發(fā)光點)，但此時乙燈已經(jīng)可以發(fā)出白光了.當甲、乙兩燈并聯(lián)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(jīng)甲燈的電流大，但此時甲燈發(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(fā)光情況

利用這兩個小燈進行實驗，將兩燈串聯(lián)，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(fā)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(lián)，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(xù)增大至2 V時，乙燈發(fā)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(lián)時，電壓大的丙燈亮；并聯(lián)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(guī)格.從上面的實驗中，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)