开关灯：灯泡的功耗
1·预测
9 V 电池通过闭合开关点亮灯泡。如果换上电阻较低的灯泡，它会发出更亮还是更暗的光？
- 电阻较小的灯泡发出的光更暗。
- 电阻较小的灯泡汲取更多电流并耗散更多功率——它会发出更亮的光。
- 亮度不取决于灯泡的电阻。
2·设置
- 打开「开关灯：灯泡的功耗（switched-lamp）」预设并按重置。开关开始闭合，因此 9 V 电池点亮灯。
- 启用灯上的功率读数。
- 设置每次试验的灯电阻并记录消耗的功率。
3·收集数据
| 灯泡电阻R (Ω) | 电流我 (A) | 功耗 P (W) |
|---|---|---|
| 50.00 | ||
| 100.00 | ||
| 150.00 |
针对三次试验，绘制功率P（y轴）相对1/R（x轴）的关系图。
4·分析
- 对于一项试验，使用 E = 9 V 计算 I = E/R，然后 P = I²R（或等效的 E²/R）。与表比较。
- 请解释为什么在相同电压下消耗更多电流的低电阻灯泡，最终会耗散更多功率——真实灯泡的亮度与功率成正比。
5·扩展
- 120 V 电压下的“100 W”灯泡消耗约 0.83 A 电流，热时电阻约为 144 Ω。使用 P = E²/R，解释为什么额定电压相同的“较高瓦数”灯泡必须具有较低的电阻，而不是较高的电阻。
- 白炽灯丝通常在刚打开、温度较低且电阻最低时就会失效。利用您的功率关系，解释为什么此时电流（和功率）浪涌最高。
这个实验背后的物理原理
电功率（来自 I 和 R）
电阻性负载以热和光形式耗散的功率为P = I²R。在电压固定的情况下，电阻较小的负载会汲取更大的电流，而功率随电流的平方增长，因此增长得更快。