神奇的小灯泡——小灯泡灯丝烧断临界电压的研究

冯海娟

(北京中医学院附属中学 北京 100013)

在初中电学“测量小灯泡的电功率”实验中，常常出现小灯泡的灯丝被烧断.对此，有学生提出：“小灯泡的灯丝烧断时的电压是多少？所有小灯泡灯丝烧断时的电压一样吗？这个电压多大？” 面对这些问题，笔者也说不清楚.

适逢学校开展“研究性学习”活动，笔者就组织部分学生，就这些问题开展研究，学生觉得这是很有意思又值得研究的问题.

首先，收集文献发现小灯泡灯丝烧断时的电压并没有一个专门的物理量，经过集体的协商，学生初步将小灯泡灯丝烧断时的电压命名为小灯泡灯丝烧断临界电压.

经过一个星期的研究，学生上交了一份实验数据，如表1.

表1

从表1中可知，灯丝烧断时的电压位于其额定电压2～3倍之间.

为了证实这个结论是否正确，学生又用额定电压为6.20 V的小灯泡进行实验验证，共做了5次实验.实验结果如表2.

表2

实验再次证明，小灯泡灯丝烧断时的电压确实位于其额定电压的2～3倍之间.从表1还可看到，小灯泡的额定电压越小，其倍数越高.

表3

从表3可以看出，实际电压为额定电压1.50倍时，小灯泡点燃的持续时间比较长，有2 h多;实际电压和额定电压的比值为2.00倍时，小灯泡点燃的持续时间相对来说就较短，最长也就5 min多；它们的比值超过2.33倍时，燃烧所持续的时间仅20 s多.20 s多的时间是很难完成一次简单的实验的，经过学生的讨论，最后商定,小灯泡灯丝点燃持续时间30 s以上，作为小灯泡灯丝烧断临界电压的制约条件.

这样,我们将“小灯泡灯丝点燃持续时间30 s以上的最高电压”定义为小灯泡灯丝烧断临界电压.

有了小灯泡灯丝烧断临界电压确切的物理定义之后，那么，不同额定电压的小灯泡灯丝烧断临界电压是多少呢？这是最难确定的，经过一个多月的反复测量，最后得到数据如表4.

通过以上研究，学生不但亲自为小灯泡灯丝烧断时的电压定义了一个新的物理量，还了解了不同额定电压的小灯泡烧断临界电压的大致数值.这样,在以后的实验过程中尽量避免了灯丝被烧断的情况.

表4

当然，“小灯泡灯丝烧断临界电压”仅为一家之言，不尽正确.希望感兴趣的同行一起讨论，制定一个大家都能接受的“小灯泡灯丝烧断临界电压”的定义.