電燈為什么變亮了？

實(shí)驗(yàn)桌上放著一個(gè)盒子，盒面上裝有兩只相同的小燈泡L₁、L₂和一只開關(guān)S，其電路的連接在盒內(nèi)，無法看到，如圖1所示。當(dāng)閉合開關(guān)S時(shí)，兩燈均能發(fā)光，物理老師要求每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組通過實(shí)驗(yàn)判斷兩只小燈泡是串聯(lián)還是并聯(lián)？

問題出示，同學(xué)們真是八仙過海，各顯神通。第一實(shí)驗(yàn)小組的李洋同學(xué)閉合開關(guān)S后，兩燈同時(shí)發(fā)光，他用手?jǐn)Q去其中一只燈泡L₁，剩下的燈泡L₂繼續(xù)發(fā)光，李洋同學(xué)用這種方法確定出兩只小燈泡并聯(lián)。這時(shí)細(xì)心的張玲同學(xué)發(fā)現(xiàn)了問題，剩下發(fā)光的燈泡L₂的亮度比原來兩只燈泡同時(shí)發(fā)光時(shí)燈泡L₂的亮度增加了。同組的王聰同學(xué)說：“兩燈泡并聯(lián)，當(dāng)擰去燈泡L₁后，燈泡L₂的電阻沒有變，電源電壓沒有變，所以通過燈泡L₂的電流也不變，根據(jù)公式P=UI，燈泡的實(shí)際功率沒有變，認(rèn)為燈泡L₂的亮度不會變呀！你是不是看錯(cuò)了？為了解決他倆的爭端，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)經(jīng)過討論，決定用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。這時(shí)，張玲同學(xué)用電源、兩只相同的小燈泡、開關(guān)、電壓表、導(dǎo)線按圖2所示連成電路，閉合開關(guān)S，L₁、L₂同時(shí)發(fā)光，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U2=2.25V，擰去燈泡L₁，燈泡L2繼續(xù)發(fā)光，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U′2=2.5V，發(fā)現(xiàn)U′2＞U2，因燈絲電阻不變，根據(jù)公式P=U2R知，P′₂＞P₂，燈泡消耗的實(shí)際功率變大，燈泡L₂的亮度增大，從而證明了張玲同學(xué)觀察到的現(xiàn)象沒有錯(cuò)。

那么是什么原因引起燈泡L₂的亮度增大呢？經(jīng)過對整個(gè)電路的分析與研究，我提出了下面的猜想：電池內(nèi)部可能有電阻，如果是這樣的話，我們把并聯(lián)的兩個(gè)燈泡等效成一個(gè)電阻，則電池內(nèi)部的電阻與這個(gè)等效的電阻是串聯(lián)的，這個(gè)內(nèi)電阻就應(yīng)分得一定的電壓，當(dāng)增大外部電路中的電阻（即擰去一只燈泡，就相當(dāng)于外電路上的電阻變大了）。根據(jù)歐姆定律，電路中的總電子流就會變小，電池內(nèi)部的電阻分得電壓就會減小，（老師提示：電源內(nèi)電阻分得的電壓U內(nèi)與電源外部電阻分得的電壓U外之和是一個(gè)恒量，今后同學(xué)們升入高中就會學(xué)習(xí)到）那么外部電路得到的電壓就會變大，在燈泡L₂電阻不變的情況下，根據(jù)公式P=U²R知，燈泡消耗的電功率變大，因此燈泡L₂變亮。到后來，我又設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果與猜想完全一致，最終找出了燈泡L₂變亮的原因。

指導(dǎo)老師：孫三昌

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。