题目内容

4.同一型号的两个灯泡串联在电路中会一样亮吗?小明在进行电学实验时发现了有趣的现象.实验时,小明将两个型号为“12V 25W”的灯泡L1和L2接到12V电源上,组成如图甲所示的电路并进行如下操作:
①首先,他闭合开关S2,发现两个灯泡一起亮,亮度相同;
②接着,他再闭合开关S1,发现灯泡L1因短路而熄灭,灯泡L2变得更亮;
③等到L1熄灭一段时间后,他又断开S1,发现L2的亮度逐渐减弱,而L1逐渐亮起来,过了一会儿两个灯泡达到一样的亮度.
为什么步骤③中会出现这种有趣的
现象呢?小明猜想可能是
A.灯泡两端电压变化后,造成灯丝电阻变化所致
B.灯泡的实际功率变化后,造成灯丝温度变化所致
为了检验自己的猜想是否正确,小明取其中一个灯泡,重新设计电路,将开关闭合后,调节滑动变阻器,测得了灯泡两端的电压和灯泡中的电流,实验数据如下表所示.
次数123456789
U/V012468101112
I/A00.710.941.271.551.801.952.032.08
(1)小明很快排除了猜想A,因为导体的电阻只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关.
(2)分析表中数据,计算出第五次和第八次灯丝的电阻分别是3.87Ω、5.42Ω,
(3)在操作③这个步骤中,为何开关S1刚断开时,L1较暗而L2较亮?请作出合理的解释.
(4)在操作③这个步骤中,当两个灯泡亮度相同后,电路消耗的总功率是多少?
(5)乙、丙两个电路均可用来测量灯泡的电流和电压值,小明为了证实自己的猜想,实验时采用的应是乙、丙中乙电路.

分析 (1)电阻是导体本身的一种性质,与导体的材料、长度、横截面积、温度有关,与电流和电压的大小无关.
(2)根据公式I=$\frac{U}{I}$求出电阻的大小;
(3)灯丝的温度的高低影响着导体电阻的大小,从两灯泡的温度变化到其阻值的变化即可确定两灯泡的亮度为何发生如此的变化.
(4)通过两灯泡的亮度相同,在前面分析的基础上,得到了两灯泡的阻值相等,可以确定每个灯泡两端的电压,再结合表中对应电压下的电流,算出灯泡的功率.进而求出总功率.
(5)分析电路数据的特点与电路的特点,两者能够对应起来即可.

解答 解:(1)大量实验表明,导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小决定于导体的材料、长度、横截面积和温度;且在一般情况下,绝大多数导体的温度越高,其阻值就越大.
(2)第五次的电阻为:${R}_{5}=\frac{{U}_{5}}{{I}_{5}}=\frac{6V}{1.55A}≈3.87Ω$;第八次的电阻为:${R}_{8}=\frac{{U}_{8}}{{I}_{8}}=\frac{11V}{2.03A}≈5.42Ω$;
(3)在操作③这个步骤中,由于灯L2一直处于通电状态,温度较高,相应的电阻也较大.当开关S1断开时,灯L1与灯L2串联在电路中,开始时L1的即时电阻比L2的电阻小,故L2分得的电压相应也要大,根据公式P=UI,可以确定,此时的L2的功率大于L1的功率,所以此时亮灯的亮度不同:灯L2与灯L1要亮;随着通电时间的增加,最终两灯电阻相等,亮度也说就相等了.
(4)当两灯亮度相同时,它们的阻值相等,通过它们的电流相等,利用欧姆定律可以确定两个灯泡两端的电压相等,即每个灯泡两端的电压为6V.结合上表中的数据,当灯泡两端的电压为6V时,灯丝的电流为1.55A.此时每个灯泡的功率:P=UI=6V×1.55A=9.3W.总功率为两者之和即18.6W.
(5)由表格数据可知,当电压表示数为0时,电流表示数也为0.若是乙图,滑片移到左端时,灯泡短路,电压表和电流表示数都为0,且灯泡电压越大电流也越大;若是丙图,滑片移动中,电流表和电压表示数均不会为0.故小明实验采用的是乙电路.
故答案为:(1)材料、长度、横截面积和温度;
(2)3.87Ω;5.42Ω;
(3)在操作③这个步骤中,由于灯L2一直处于通电状态,温度较高,相应的电阻也较大,当开关S1断开时,灯L1与灯L2串联在电路中,开始时L1的即时电阻比L2的电阻小,故L2分得的电压相应也要大,随着通电时间的增加,最终两灯电阻相等,亮度也说就相等了;
(4)18.6W;(5)乙.

点评 此题的最难解决的是第三问,难在求灯泡功率时,找不到两灯泡此时的电流是多少.其原因是忽略了上面的表格中给出的实验数据.因此,认真审题是关键,特别是对这种题干较长,信息较繁琐的题目,审题尤为重要.

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②乙同学的实验探究如下:
实验:利用弹簧测力计和水,测算出体积相同的铁块和铝块浸没在水中受到的浮力大小相等.
分析:由于铁块、铝块的重力大小不等,而它们受到的浮力大小相等,所以浮力大小与重力大小无关.
结论:猜想3是错误的.
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