Question

19．在復(fù)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí)，小明在實(shí)驗(yàn)室又做了“測(cè)量小燈泡的電功率”和“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)中，所用的電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“30Ω 1A”．

①在“測(cè)量小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，小明按圖甲所示的電路圖連接了電路．閉合開關(guān)后，移動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時(shí)，電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為1.52W．
②移動(dòng)變阻器的滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成如圖丙所示的小燈泡的I-U圖象．由圖象可知：當(dāng)小燈泡兩端的電壓增大時(shí)，小燈泡的電阻變大，如果小燈泡兩端的電壓為1.9V，則小燈泡的實(shí)際功率大于0.38W．
③在做“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明所用的四個(gè)定值電阻的阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．他直接利用測(cè)量小燈泡電功率時(shí)所連接的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他把電路中的小燈泡取下，電路的其它元件連接方式不動(dòng)，把四個(gè)定值電阻分別接入電路中進(jìn)行探究．如果要保證電路中各元件的安全，且用四個(gè)電阻都能順利地完成實(shí)驗(yàn)，則定值電阻兩端的電壓應(yīng)該在2.4V-3V范圍內(nèi)選擇．

Answer 1

分析 ①根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P_額=U_額I求燈的額定功率；
②運(yùn)用圖象法，比較圖象上不同兩點(diǎn)電壓與電流增加量的快慢，根據(jù)歐姆定律比較不同電壓下的電阻大小；
根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，結(jié)合燈的電阻隨電壓（溫度）的變化特點(diǎn)，比較燈的實(shí)際功率的大��；
③“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)控制不同值電阻的電壓保持不變，電流表允許通過的最大電流為
I_大=0.6A，根據(jù)歐姆定律，I_大=$\frac{{U}_{大}}{{R}_{小}}$，U_大=I_大R_小，在求定值電阻兩端的最大電壓時(shí)，應(yīng)以最小的定值電阻為準(zhǔn)；
當(dāng)選用最大的定值電阻20Ω時(shí)，且變阻器連入電路中的電阻最大時(shí)，電路中的電流最小，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，即通過定值電阻的最小電流，I_小=$\frac{{U}_{小}}{{R}_{大}}$，所以，U_小=I_小R_大，所以，在求定值電阻兩端的最小電壓時(shí)，應(yīng)以最大的定值電阻為準(zhǔn)．

解答 解：①當(dāng)電壓為額定電壓3.8V時(shí)，圖乙中電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，燈的額定功率
P_額=U_額I=3.8V×0.4A=1.52W；
②在圖丙中，分別作出圖象上a、b兩點(diǎn)的電壓及對(duì)應(yīng)的電流大小，如下圖所示：

由圖可看出，電壓的增加的量U_b-U_a 大于對(duì)應(yīng)的電流增加的值量I_b-I_a，即電壓增加的量比電流增加的要大，根據(jù)歐姆定律，R_a=$\frac{{U}_{a}}{{I}_{a}}$＜R_b=$\frac{{U}_}{{I}_}$，所以，當(dāng)小燈泡兩端的電壓增大時(shí)，小燈泡的電阻也變大；因在實(shí)際電壓1.9V下的電阻小于燈在額定電壓3.8V下的電阻，R_實(shí)＜R_額，
燈的實(shí)際功率P_實(shí)=$\frac{{{U}_{實(shí)}}^{2}}{{R}_{實(shí)}}$=$\frac{（\frac{{U}_{額}}{2}）^{2}}{{R}_{實(shí)}}$＞$\frac{（\frac{{U}_{額}}{2}）^{2}}{{R}_{額}}$=$\frac{1}{4}\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{額}}$=$\frac{{P}_{額}}{4}$=$\frac{1.52W}{4}$=0.38W，即小燈泡的實(shí)際功率大于0.38W；
③探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)控制不同電阻的電壓保持不變，根據(jù)把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω分別接入電路中進(jìn)行探究，保證電路中各元件的安全，且用四個(gè)電阻都能順利地完成實(shí)驗(yàn)：
因電流表的量程為0-0.6A，所以電路中的最大電流為0.6A，當(dāng)接入最小的電阻5Ω時(shí)，電壓表示數(shù)即為允許的最大電壓U_大=R_小I_大=5Ω×0.6A=3V；
因變阻器的最大阻值為30Ω，當(dāng)變阻器電阻全部連入電路中時(shí)，若接入最大的電阻R_大=20Ω，此時(shí)電路中的最小電流I_小=$\frac{U}{{R}_{定大}+{R}_{滑大}}$=0.12A，定值電阻的最小電壓U_小=I_小R_定大=0.12A×20Ω=2.4V．
故答案為：①1.52；②變大；大于；③2.4V-3V．

點(diǎn)評(píng) 本題 測(cè)量小燈泡電功率，考查額定功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素、實(shí)際功率的大小的計(jì)算，在探究電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中主要考查了控制變量法的運(yùn)用及完成實(shí)驗(yàn)對(duì)定值電阻的電壓要求，最后兩問難度大，綜合性強(qiáng)，對(duì)能力要求高．