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?

2·設定

  1. 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。
  2. 啟用兩個燈泡上的電流讀數。
  3. 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

  1. 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。
  2. 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

  1. 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?
  2. 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」。

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