神奇的小燈泡
——小燈泡燈絲燒斷臨界電壓的研究

馮海娟

(北京中醫(yī)學(xué)院附屬中學(xué) 北京 100013)

在初中電學(xué)“測(cè)量小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)中，常常出現(xiàn)小燈泡的燈絲被燒斷.對(duì)此，有學(xué)生提出：“小燈泡的燈絲燒斷時(shí)的電壓是多少？所有小燈泡燈絲燒斷時(shí)的電壓一樣嗎？這個(gè)電壓多大？” 面對(duì)這些問(wèn)題，筆者也說(shuō)不清楚.

適逢學(xué)校開(kāi)展“研究性學(xué)習(xí)”活動(dòng)，筆者就組織部分學(xué)生，就這些問(wèn)題開(kāi)展研究，學(xué)生覺(jué)得這是很有意思又值得研究的問(wèn)題.

首先，收集文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)小燈泡燈絲燒斷時(shí)的電壓并沒(méi)有一個(gè)專門(mén)的物理量，經(jīng)過(guò)集體的協(xié)商，學(xué)生初步將小燈泡燈絲燒斷時(shí)的電壓命名為小燈泡燈絲燒斷臨界電壓.

經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的研究，學(xué)生上交了一份實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1.

表1

從表1中可知，燈絲燒斷時(shí)的電壓位于其額定電壓2～3倍之間.

為了證實(shí)這個(gè)結(jié)論是否正確，學(xué)生又用額定電壓為6.20 V的小燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，共做了5次實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2.

表2

實(shí)驗(yàn)再次證明，小燈泡燈絲燒斷時(shí)的電壓確實(shí)位于其額定電壓的2～3倍之間.從表1還可看到，小燈泡的額定電壓越小，其倍數(shù)越高.

表3

從表3可以看出，實(shí)際電壓為額定電壓1.50倍時(shí)，小燈泡點(diǎn)燃的持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，有2 h多;實(shí)際電壓和額定電壓的比值為2.00倍時(shí)，小燈泡點(diǎn)燃的持續(xù)時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)就較短，最長(zhǎng)也就5 min多；它們的比值超過(guò)2.33倍時(shí)，燃燒所持續(xù)的時(shí)間僅20 s多.20 s多的時(shí)間是很難完成一次簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)的，經(jīng)過(guò)學(xué)生的討論，最后商定,小燈泡燈絲點(diǎn)燃持續(xù)時(shí)間30 s以上，作為小燈泡燈絲燒斷臨界電壓的制約條件.

這樣,我們將“小燈泡燈絲點(diǎn)燃持續(xù)時(shí)間30 s以上的最高電壓”定義為小燈泡燈絲燒斷臨界電壓.

有了小燈泡燈絲燒斷臨界電壓確切的物理定義之后，那么，不同額定電壓的小燈泡燈絲燒斷臨界電壓是多少呢？這是最難確定的，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的反復(fù)測(cè)量，最后得到數(shù)據(jù)如表4.

通過(guò)以上研究，學(xué)生不但親自為小燈泡燈絲燒斷時(shí)的電壓定義了一個(gè)新的物理量，還了解了不同額定電壓的小燈泡燒斷臨界電壓的大致數(shù)值.這樣,在以后的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡量避免了燈絲被燒斷的情況.

表4

當(dāng)然，“小燈泡燈絲燒斷臨界電壓”僅為一家之言，不盡正確.希望感興趣的同行一起討論，制定一個(gè)大家都能接受的“小燈泡燈絲燒斷臨界電壓”的定義.