Question

同一型号的两个灯泡串联在电路中会一样亮吗？小明在进行电学实验时发现了有趣的现象．实验时，小明将两个型号为“12V 25W”的灯泡L₁和L₂接到12V电源上，组成如图甲所示的电路并进行如下操作：
①首先，断开开关S₁，闭合开关S₂，发现两个灯泡一起变亮，亮度相同；
②接着，保持闭合开关S₂，再闭合开关S₁，发现灯泡L₁因短路而熄灭，灯泡L₂变得更亮；
③等到L₁熄灭一段时间后，又断开开关S₁，发现L₂的亮度逐渐减弱，而L₁逐渐亮起来，过了一会儿两个灯泡达到一样的亮度．
为什么步骤③中会出现这种有趣的现象呢？小明猜想可能是因为灯泡两端电压变化后，造成灯丝电阻变化所致．为了检验自己的猜想是否正确，小明取其中一个灯泡，重新设计电路，将开关闭合后，测得了灯泡两端的电压和灯泡中的电流，实验数据如下表所示．

U/V	0	1	2	4	6	8	10	11
I/A	0	0.71	0.94	1.27	1.55	1.80	2.03	2.14

（1）分析表中数据，判断小灯泡两端电压变化后灯丝的电阻是否改变？如果灯丝电阻改变，其原因是什么？
（2）在操作③这个步骤中，为何开关S₁刚断开时，L₁较暗而L₂较亮？请作出合理的解释．
（3）在操作③这个步骤中，当两个灯泡达到一样的亮度后，电路消耗的总功率是多少？
（4）下图中乙、丙两个电路均可用来测量灯泡的电流和电压值，小明为了证实自己的猜想，实验时采用的应是乙、丙中哪一个电路，并简述理由．

Answer 1

（1）利用欧姆定律，根据表中的数据，求出导体的阻值，发现导体的电阻在增大．原因是，当电压增加时，电流随之增大，灯丝的温度升高，导致电阻变大．
（2）在操作③这个步骤中，由于灯L₂一直处于通电状态，温度较高，相应的电阻也较大．
当开关S₁断开时，灯L₁与灯L₂串联在电路中，开始时L_1的即时电阻比L₂的电阻小，故L₂分得的电压相应也要大，根据公式P=UI，可以确定，此时的L₂的功率大于L₁的功率，所以此时亮灯的亮度不同：灯L₂与灯L₁要亮；
随着通电时间的增加，最终两灯电阻相等，亮度也说就相等了．
（3）当两灯亮度相同时，它们的阻值相等，通过它们的电流相等，利用欧姆定律可以确定两个灯泡两端的电压相等，即每个灯泡两端的电压为6V．结合上表中的数据，当灯泡两端的电压为6V时，灯丝的电流为1.55A．此时每个灯泡的功率：P=UI=6V×1.55A=9.3W．总功率为两者之和即18.6W．
（4）分析乙丙两个电路可以发现，乙电路中，灯泡与滑动变阻器的左端先并联，再与右端串联，滑片在移动时，不易直接判断电压表示数的变化情况，而丙图中，灯泡与滑动变阻器直接串联，滑动变阻器的调节可直接控制其两端的电压和电流大小．所以丙图更符合实验要求，故选择丙图
故答案为：（1）改变；电压增加时，电流随之增大，温度升高，导致电阻变大．
（2）在操作③这个步骤中，由于灯L₂一直处于通电状态，温度较高，相应的电阻也较大，当开关S₁断开时，灯L₁与灯L₂串联在电路中，开始时L₁的即时电阻比L₂的电阻小，故L₂分得的电压相应也要大，随着通电时间的增加，最终两灯电阻相等，亮度也说就相等了．
（3）18.6W
（4）同上．