Question

12．王鵬所在的物理興趣小組利用如圖甲所示電路進行如下的實驗研究：測定“3.8V”小燈泡的額定功率及定值電阻R的阻值．

（1）閉合S₁、S₂、斷開S₃，調(diào)節(jié)滑動變阻器，得到表中三組數(shù)據(jù)．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可計算出定值電阻R=10Ω．

	1	2	3
電壓U/V	2	2.6	3
電流I/A	0.2	0.26	0.3

（2）閉合S₁、S₃、斷開S₂，調(diào)節(jié)滑動變阻器，測量燈泡L兩端的電壓和電流，根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制成如圖乙所示的U-I關(guān)系圖象．由圖象分析，當電壓表示數(shù)為2V時，燈泡L的電功率P_L=0.8W；圖象中所繪圖象是一條曲線，其原因是：燈絲的電阻與溫度有關(guān)．
（3）若在進行（2）時發(fā)現(xiàn)電壓表突然損壞，該組同學手邊有多余電流表但無電壓表，為了測出小燈泡的額定功率，小明靈機一動，設(shè)計了如圖丙所示電路圖；并進行如下操作：
①調(diào)節(jié)滑片至阻值最大處，并同時閉合S₁、S₂、S₃；
②調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，直至電流表A₁的示數(shù)為0.38A時，記下電流表A的示數(shù)如圖丁所示；
③根據(jù)公式計算出燈的額定功率為2.356W．

Answer 1

分析 （1）閉合S₁、S₂、斷開S₃，R與滑動變阻器串聯(lián)，電流表測電路中電流，電壓表測R兩端電壓，由表格數(shù)據(jù)，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律列式計算R的阻值，再利用多次測量求出平均值算出電阻R的阻值；
（2）閉合S₁、S₃，斷開S₂，電壓表測量燈泡兩端的電壓，電流表測量電路總電流，當電壓表示數(shù)為2V時，從圖象上找到對應的電流，根據(jù)公式P=UI可求燈泡的電功率；另外燈絲的電阻值隨著燈絲溫度的變化而變化．
（3）圖丙中，三個開關(guān)都閉合時，燈泡和電阻R并聯(lián)，因此兩端電壓相等；知道燈泡的額定電壓和定值電阻的阻值，由此求出通過定值電阻的電流；
電流表A測量的是干路電流，等于支路電流之和，從而確定了電流表A選擇的量程和讀數(shù)，也能求出通過燈泡的電流，最后根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）由電路圖知，閉合S₁、S₂、斷開S₃時，R與滑動變阻器串聯(lián)，電流表測電路中電流，電壓表測R兩端電壓，
由表格數(shù)據(jù)可知，電阻R的阻值分別為：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.6V}{0.26A}$=10Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω
所以電阻的阻值為：R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10Ω+10Ω+10Ω}{3}$=10Ω．
（2）由圖乙所示圖象可知，當電壓為2V時，對應的電流為0.4A，
因此燈泡L的電功率：P_L=UI=2V×0.4A=0.8W；
由于燈絲的電阻受溫度的影響，因此圖象中所繪圖象是一條曲線．
（3）①丙圖中，當同時閉合S₁、S₂、S₃時，燈泡L和定值電阻R并聯(lián)，兩端電壓相等；
②當燈泡兩端電壓達到額定電壓3.8V時，定值電阻兩端電壓也等于3.6V；
此時通過定值電阻的電流，也就是電流表A₁的示數(shù)為：I₁=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A；
電流表A測量的是干路電流，因此它的電流值要大于A₁的示數(shù)，所以它選擇的是0～3A量程，丁圖中電流表的讀數(shù)為1A；
③此時通過小燈泡L的電流I′=1A-0.38A=0.62A；
所以小燈泡的額定功率：P=UI′=3.8V×0.62A=2.356W．
故答案為：（1）10；（2）0.8；燈絲的電阻與溫度有關(guān)；（3）0.38；1；2.356．

點評 本題綜合了伏安法測電阻和測功率，考查電阻、電流以及電功率的計算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是對電路結(jié)構(gòu)的分析．