利用Phyphox捕获2021年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷第16题中开灯瞬间的电流变化

1 引言

近日在研究2021年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷，卷中的第16题很有意思，且其中的第4小问理论联系实际，分析小灯泡通电瞬间的电流、电阻和功率变化问题。

但是这一切都发生在小灯泡的通电瞬间，过程十分短暂，常规手段难以捕捉，而传感器并未普及，更多属于纯粹的理论分析。

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2021年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷第16题赏析

2 基于Phyphox的实验探究活动

其实，利用ESP32与Phyphox组合，可以很好地捕捉到小灯泡通电瞬间的电流变化。

微主首先利用学生电源搭建起一个为小灯泡供电的回路，与灯泡串联的是一块可编程电阻板，将其阻值调整为1欧姆，该电阻起到了电流表的作用。

然后利用ESP32测量可编程电阻板两端的电压，并将测得的电压值利用蓝牙发送给智能手机，智能手机中的Phyphox就自动绘制出了小灯泡通电瞬间的电流变化图像。

利用供电回路中的鳄鱼夹可以让小灯泡内的电流周期性的接通和断开，Phyphox就绘制出了一系列小灯泡开灯瞬间的电流时间关系图像。

将其中的某一个通电瞬间过程放大至全屏，可以分析更加是具体的电流变化细节。可以发现，在小灯泡电路接通的瞬间，电流先是突然增大至最大，然后又逐渐减小至正常值。

为了确保实验测量的可靠性，微主特意测量了定值电阻通电瞬间的电流图像，发现定值电阻在通电瞬间的电流并没有明显的变化。

3 结论

显然，灯泡电路刚接通时，灯丝温度较低，电阻较小，电流较大；随着时间的延续，灯丝温度逐渐升高，电阻逐渐增大，电流逐渐减小；当灯丝发热与散热达到平衡时，灯丝温度不变，电阻不变，电流保持不变。

4 感言

几十块钱一套的装备，与几万元一套的设备相比，实验效果毫不逊色，而且还允许个性化设计，极大地提高了师生的实验动手能力。

这种探究就像游戏闯关一样刺激，促使师生携手并肩，共同向一个个实验难关挺进。