短路灯泡:绕过灯泡时会发生什么
1·预测
两个灯泡(lampA、lampB)串联。一个与lampB并联的开关最初是打开的。如果闭合它——从而在lampB周围形成一条零电阻捷径——lampA的亮度会发生什么变化?
- 当开关关闭时,LampA 变暗。
- LampA 的亮度没有变化。
- 闭合开关会绕过灯 B,因此灯 A 现在获得完整的电路电流 - 它会变亮。
2·设置
- 打开「短路灯泡:绕过灯泡时会发生什么(short-a-bulb)」预设并按重置。两个灯泡的启动电阻相等 (100 Ω);开关开始打开。
- 启用两个灯泡上的电流读数。
- 在开关打开的情况下记录 lampA 的电流,然后关闭开关并再次记录。
3·收集数据
| 开关状态(0 = 打开,1 = 关闭) | 灯A电流I (A) |
|---|---|
| 0 | |
| 1 |
制作一个柱状图,比较开关打开与闭合两种情况下lampA的电流。
4·分析
- 开关打开时,两个灯泡串联:I = E/(2R),其中 E = 9 V,R = 100 Ω。关闭后,lampB (100 Ω) 被 0 Ω 开关旁路,只留下 lampA:I = E/R。
- 请解释为什么与lampB并联的零电阻路径会承载全部电流,导致开关闭合后lampB本身的电流变为零。
5·扩展
- 当开关闭合时,LampA 的功率增加到原来的四倍:电流翻倍,而 P = I²R 随电流的平方变化(与 switched-lamp 的推理相同)。额外的功率从何而来——两种情况下电池的工作强度是否相同?
- 真实的开关在闭合时具有微小但非零的电阻。这会改变这里的定性结果(灯 A 增亮),还是仅改变确切的数字?
这个实验背后的物理原理
做空分支
与某元件并联的零电阻路径会承载电流而不是该元件(因为电流沿着阻力最小的路径流动),实际上将该元件从电路中移除——这称为将该元件「短路」。