短路燈泡:繞過燈泡時會發生什麼
1·預測
兩個燈泡(lampA、lampB)串聯。一個與lampB並聯的開關最初是打開的。如果閉合它——從而在lampB周圍形成一條零電阻捷徑——lampA的亮度會發生什麼變化?
- 當開關關閉時,LampA 變暗。
- LampA 的亮度沒有變化。
- 閉合開關會繞過燈 B,因此燈 A 現在獲得完整的電路電流 - 它會變亮。
2·設定
- 開啟 short-a-bulb 預設並按下 Reset。兩個燈泡的啟動電阻相等 (100 Ω);開關開始開啟。
- 啟用兩個燈泡上的電流讀數。
- 在開關開啟的情況下記錄 lampA 的電流,然後關閉開關並再次記錄。
3·收集數據
| 開關狀態(0 = 打開,1 = 關閉) | 燈A電流I (A) |
|---|---|
| 0 | |
| 1 |
製作一個柱狀圖,比較開關打開與閉合兩種情況下lampA的電流。
4·分析
- 開關打開時,兩個燈泡串聯:I = E/(2R),其中 E = 9 V,R = 100 Ω。關閉後,lampB (100 Ω) 以 0 Ω 開關旁路,只留下 lampA:I = E/R。
- 請解釋為什麼與lampB並聯的零電阻路徑會承載全部電流,導致開關閉合後lampB本身的電流變為零。
5·擴展
- 當開關閉合時,LampA 的功率增加到原來的四倍:電流加倍,而 P = I²R 隨電流的平方變化(與 switched-lamp 的推理相同)。額外的功率從何而來-兩種情況下電池的工作強度是否相同?
- 真實的開關在閉合時具有微小但非零的電阻。這會改變這裡的定性結果(燈 A 增亮),還是只改變確切的數字?
這個實驗背後的物理原理
做空分支
與某元件並聯的零電阻路徑會承載電流而不是該元件(因為電流沿著阻力最小的路徑流動),實際上將該元件從電路中移除——這稱為將該元件「短路」。