開關燈：燈泡的功耗
1·預測
9 V 電池透過閉合開關點亮燈泡。如果換上電阻較低的燈泡，它會發出更亮還是更暗的光？
- 電阻較小的燈泡發出的光更暗。
- 電阻較小的燈泡汲取更多電流並耗散更多功率——它會發出更亮的光。
- 亮度不取決於燈泡的電阻。
2·設定
- 開啟 switched-lamp 預設並按下 Reset。開關開始閉合，因此 9 V 電池點亮燈。
- 啟用燈上的功率讀數。
- 設定每次試驗的燈電阻並記錄消耗的功率。
3·收集數據
| 燈泡電阻R (Ω) | 電流我 (A) | 功耗 P (W) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
針對三次試驗，繪製功率P（Y軸）相對1/R（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於一項試驗，使用 E = 9 V 計算 I = E/R，然後 P = I²R（或等效的 E²/R）。與表比較。
- 請解釋為什麼在相同電壓下消耗更多電流的低電阻燈泡，最終會耗散更多功率——真實燈泡的亮度與功率成正比。
5·擴展
- 120 V 電壓下的「100 W」燈泡消耗約 0.83 A 電流，熱時電阻約為 144 Ω。使用 P = E²/R，解釋為什麼額定電壓相同的「較高瓦數」燈泡必須具有較低的電阻，而不是較高的電阻。
- 白熾燈絲通常在剛打開、溫度較低且電阻最低時就會失效。利用您的功率關係，解釋為什麼此時電流（和功率）突波最高。
這個實驗背後的物理原理
電功率（來自 I 和 R）
電阻性負載以熱和光形式耗散的功率為P = I²R。在電壓固定的情況下，電阻較小的負載會汲取更大的電流，而功率隨電流的平方增長，因此增長得更快。