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初三物理中,小灯泡短路,电流为什么从导线中通过,而不从小灯泡的灯丝流过?

 太阳神98 2022-05-06 发布于江苏省

电路有三种状态,通路、断路、短路;通路和断路比较好理解;最难理解的是短路,尤其是初三刚开始学电路的时候,所以在刚接触短路的时候我建议通过实验观察就行,小灯泡发光就说明有电流通过,小灯泡不发光就说明没有电流通过。但是等学了欧姆定律以后我们可以通过欧姆定律来解释。

如果从灯丝通过,就不叫短路,是正常,而短路在R=O时,从欧姆定理知道I无限大。

意:小灯泡短路,严格的讲是小灯泡被短接。

用实验来说明电流为什么从导线通过,而不从小灯泡的灯丝流过:

下图是正常情况下,电路中电流的情况(图中白点的移动表示电流)

下图表示灯被短接的情况:

请仔细观察以上动图,在图中右侧灯泡不再发光,说明灯丝中没有电流,但是连接该灯的导线有电流通过。

用欧姆定律解释电流为什么从导线通过,而不从小灯泡的灯丝流过:

可以认为导线和电灯并联(两端电压相等),因为导线的电阻远远小于灯泡的电阻,根据欧姆定律,通过导线的电流远远大于通过灯泡的电流。通过灯泡的电流非常小(可以认为没有电流通过),导致灯泡的实际功率很小,所以不发光。

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初中物理对电路的理想化处理,认为导线是理想化导线,即导线无电阻。小灯泡短路,准确说叫短接,即用导线直接连接小灯泡的两端。这样,小灯泡与导线并联,根据并联电路的分流特点,电流的分配跟电阻成反比。导线无电阻,则电流为无穷大,小灯泡中电流为0。实际上,导线不会没有电阻只是比较小,所以,导线中的电流不会是无穷大只是比较大,小灯泡中也不会没有电流只是比较小。

在初中物理的电路问题中,除导线是理想导线之外,被理想化的还有电源、电流表和电压表。这对处理电路问题很重要:理想电源没有内阻,因此,电源电压就是外电路两端的总电压;理想电流表的内阻为0,因此接入电流表相当于一段导线;理想电压表内阻趋于无穷,因此接入电压表的位置等同于开路。这也决定了接电流表的位置不能开路,接电压表的位置不能短路,否则,电路必然出现故障。认识到这些对于识别电流表和电压表,十分有效。下面举几个例子,显性的例子就不举了,举个隐性的例子。

例题.下图所示电路连接无误,电表都有正常示数,试判断甲、乙分别是电流表还是电压表?

解析:将甲表处短路或开路,其中开路时,将造成电阻R2和乙表短路,所以,该处不能开路,必是电流表。将乙表处短路或开路,其中短路时,将造成电阻R2短路,所以,该处不能短路,必是电压表。

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先直接回答一下题主的问题:不是没有电流通过灯泡,而是通过的电流太小、不足以把灯泡点亮罢了。但并非被短路的灯泡在仼何情况下都不亮,亮与不亮要取决于电源内阻 。因为电流有它自已的行为准则,这个准则就是“欧姆定律”。

不过解释这个问题要用到一点高中物理知识,这就是“全电路欧姆定律”。和部分电路欧姆定律相比,它只是在计萛时增加了电池内阻r0 。下面用两个实例作一下具体分析:

先举一个实例,如图

我们以这个图做两个实验。实验1就是再现题主讲的情况。实验材料包括一节1.5ⅴ的5号电池和一个内阻2.72Ω的小灯泡,再加上一段阻值1.7mΩ的铜导线。实验二所有条件不变,只把1.5Ⅴ的电池内阻改为0.28mΩ( 可以理解为1000节电池并联)。

实验1通电后灯泡被点亮,由于电池内阻r0的存在,电池电压U降为1.36 ⅴ,电流0.5A。

用导线把灯泡短路后,总电流上升为5.32A,电池电压则降到0.01ⅴ。这是因为电池内阻太大,电压都消耗在了内阻上。这时通过短路导线的电流为:0.01ⅴ/ 0.0017Ω=5.32A 。而灯泡的电流为0.01ⅴ/2.72 Ω=3.3mA。由此可见灯泡里还是有电流通过的。

下面再作一下实验2。首先把小灯泡接到由1000节5号电池并联的电池组上

灯泡被点亮后电流为0.55A,电池电压1.499ⅴ,和一节电池相比电流仅增加了10%.电压基本上没有什么变化。然后用导线把灯泡短路,此时的电池电压降至1.29ⅴ,总电流达757. 99 A。通过灯泡的电流为1.29v/2. 72Ω=0.47A,仅下降了百分之十几,灯泡仍然可以正常点亮。短路基本没有对灯泡构成多大影响。

我们归纳一下以上的以上的实验和计萛,主要涉及两方面的知识:一是“部分电路欧姆定律”和“全电路欧姆定律”的区别,前者把电源理想化了,可便于对电路的分析研究,后者加进了电源内阻使计萛结果更贴近实际。

二是不同阻值电阻并联的计萛方法 。它的计萛过程就是求“倒数和的倒数”。比如3Ω和9Ω电阻并联,先改为倒数和:1/3+1/9=4/9,然后再求倒数变为9/4=2.25Ω。

上面实验中的短路导线和灯泡就是两个不同阻值电阻的并联,当电流通过时会产生压降,既然有电压,那么用电压/电阻就可以计萛出导线和灯泡各有多少电流通过了。以上就是我的回答。

但有两点需要说明一下 ,一是灯泡的冷、热电阻是不一样的,为简化计萛过程文中采用了统一数据,但不会影响结论 。还有就是没有考虑接触电阻以及电源内阻随放电电流产生的变化。

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