电功率
课程标准： KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2
实验目的¶
测定灯泡的功率 \(P = U \cdot I\)，并比较灯泡并联和串联时的亮度。
实验装置¶
两个电路，各由一个 6 V 电压源供电，各有一只 6 V / 3 W 灯泡和一只 6 V / 1 W 灯泡。上面的电路中灯泡并联，每只灯泡各有一只电流表，电压表显示灯泡两端的电压。下面的电路中灯泡串联，电流表和电压表接在 1 W 灯泡上。
实验步骤¶
- 比较每个电路中灯泡的亮度。
- 在上面的电路中，计算每只灯泡的功率：\(P = U \cdot I\)，其中 \(U\) 是电压表的示数。
- 在下面的电路中，计算 1 W 灯泡的功率，并估算 3 W 灯泡两端的电压：6 V 减去电压表的示数。
预期结果
并联时：灯泡两端约 5.6 V，6 V 中有一部分损失在电压源内部；3 W 灯泡约 478 mA、2.7 W；1 W 灯泡约 160 mA、0.9 W；两只灯泡都略低于额定值，功率较大的灯泡更亮。串联时：电流约为 151 mA，1 W 灯泡两端约 5.09 V（0.77 W）；3 W 灯泡两端的估算值约为 0.9 V（实际约 0.8 V，还有一小部分电压损失在电压源和电流表上），它只是微微发光。电阻较大的灯泡更亮。
问题¶
- 为什么串联时功率小的灯泡更亮？
- 3 W 灯泡一小时消耗多少电能？
答案
- 串联时两只灯泡中的电流相同，所以由 \(P = I^2 R\)，电阻较大的灯泡得到的功率更大。根据额定值，由 \(R = U^2 / P\) 可得 1 W 灯泡的电阻为 36 Ω，3 W 灯泡为 12 Ω，所以 1 W 灯泡分得大部分电压：约 5.09 V、0.77 W，而 3 W 灯泡只有约 0.8 V、0.12 W。
- \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J，即 3 W·h。在这个实验装置上，并联时它的功率约为 2.7 W，一小时消耗约 9.7 kJ。