スイッチ付きランプ：電球の消費電力
1 · 予測
閉じたスイッチを通じて9 V電池が電球を点灯します。より低い抵抗の電球に交換すると、明るくなるか暗くなるでしょうか？
- 低抵抗の電球は暗くなります。
- 低抵抗の電球は電流と電力が大きく、明るくなります。
- 明るさは電球の抵抗に依存しません。
2 · 準備
- switched-lamp プリセットを開いて Reset を押します。スイッチは閉じており、9 V電池が点灯させます。
- ランプの電力読み出しを有効にします。
- 各試行でランプ抵抗を設定し、消費電力を記録します。
3 · データ収集
| 電球抵抗 R (Ω) | 電流 I (A) | 消費電力 P (W) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
3回の試行について電力 P（縦軸）を 1/R（横軸）に対してプロットします。
4 · 分析
- E = 9 V を用いて I = E/R を計算し、P = I²R（または E²/R）を求めて表と比較します。
- 同じ電圧でより多くの電流を流す低抵抗電球がより大きな電力を消費する理由を説明します。実電球の明るさは電力に比例します。
5 · 発展
- 120 V の『100 W』電球は約0.83 Aを流し、熱いとき約144 Ωです。P = E²/R から、同じ電圧定格で『高ワット』の電球は抵抗が高くなく低い理由を説明します。
- 白熱フィラメントは冷たく抵抗が最小の点灯直後に切れやすいです。電力関係から、その瞬間に電流と電力の突入が最大になる理由を説明します。
この実験の物理
電力（I と R から）
抵抗負荷で熱・光として消費される電力は P = I²R です。固定電圧では低抵抗負荷がより多くの電流を流し、電流の二乗に依存するため電力はさらに速く増えます。