Question

3．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，断开开关S₁，闭合开关S₂，发现两个灯泡一起变亮，亮度相同；
②接着，保持闭合开关S₂，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，又断开开关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？小明猜想可能是因为灯泡两端电压变化后，造成灯丝电阻变化所致．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，测得了灯泡两端的电压和灯泡中的电流，实验数据如表所示：

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）分析表中数据，判断当小灯泡两端电压变化后灯丝的电阻是否改变？如果灯丝电阻改变，其原因是什么？改变；电压增加时，电流随之增大，温度升高，导致电阻变大．
（2）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：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，亮度也就相等了．
（3）在操作③这个步骤中，当两个灯泡达到一样的亮度后，电路消耗的总功率是18.6W．
（4）图中乙、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、丙中哪一个电路，并简述理由．

Answer 1

分析 （1）利用表中的数据结合欧姆定律算出电阻，即可确定导体的阻值是否发生变化．根据导体电阻的决定因素来分析其阻值变化的原因．
（2）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．
（3）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．
（4）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）利用欧姆定律，根据表中的数据，求出导体的阻值，发现导体的电阻在增大．原因是，当电压增加时，电流随之增大，灯丝的温度升高，导致电阻变大．
（2）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L_1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，亮度也就相等了．
（3）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．
（4）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）改变；电压增加时，电流随之增大，温度升高，导致电阻变大；
（2）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，亮度也就相等了；
（3）18.6W；
（4）乙电路，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．

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．