Question

15．小華同學(xué)做“測得小燈泡的電功率”實驗，所用器材有電源（電壓有4、6和8伏三檔）、待測小燈（額定電壓為“2.5V”或“4.5V”）、滑動變阻器（“20Ω 2A”或“50Ω 1A”）、電壓表、電流表、電鍵以及導(dǎo)線若干．他選用某檔電源電壓，正確串聯(lián)實驗器材，把電壓表并聯(lián)在電路中，然后將變阻器的滑片置于某一端．閉合電鍵后，把變阻器滑片向另一端移動的過程中，觀察到小燈發(fā)光始終較暗，電壓表的示數(shù)逐漸變小且始終大于零．
①畫出小華同學(xué)放閉合電鍵時的實驗電路圖．
②經(jīng)過思考，小華對電源的檔位進行調(diào)整，按正確方法重新實驗，當(dāng)小燈正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖所示，變阻器的滑片在中點附近某位置，請通過計算說明．
（a）電流表的示數(shù)0.3A．
（b）小燈的額定功率1.35W．
（c）所用電源電壓和滑動變阻器規(guī)格8V、“20Ω 2A”．

Answer 1

分析 ①根據(jù)燈泡變暗，電壓表示數(shù)變化，可判斷燈泡兩端的電壓始終小于電源電壓，剛閉合開關(guān)時，應(yīng)將滑片移至最小阻值處，根據(jù)滑片移動過程中，電壓表示數(shù)變小，可判斷電壓表與燈泡并聯(lián)，從而正確畫出電路圖；
②根據(jù)第一種情況，判斷出所選用小燈泡的額定電壓為4.5V；
假設(shè)使用6V或8V的電源，根據(jù)燈泡的額定電壓分別計算出滑動變阻器兩端的電壓，利用兩種規(guī)格的變阻器值估計電路中的電流值與電流表的指針位置比較，判斷出電流表的示數(shù)及電源電壓，根據(jù)P=UI計算出小燈泡的額定功率，根據(jù)R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$計算出滑動變阻器接入電路中的大約值，選擇變阻器的規(guī)格．

解答 解：①把變阻器滑片向另一端移動的過程中，電壓表的示數(shù)變小，說明滑動變阻器的阻值在變大，所以開始滑片在最小阻值處，如圖所示：

②當(dāng)滑動變阻器的阻值最小時，燈泡仍很暗，可知電源電壓低于燈泡的額定電壓，可知燈泡的額定電壓為4.5V，電源電壓應(yīng)大于4.5V；
若電源電壓為6V，燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端的電壓為：U_滑=6V-4.5V=1.5V；
當(dāng)滑動變阻器的最大阻值為20Ω時，此時電路中的電流值大約為：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.5V}{\frac{1}{2}×20Ω}$=0.15A，與電流表指針位置不符；
當(dāng)滑動變阻器的最大阻值為50Ω時，此時電路中的電流會更小，不符合題意；
若電源電壓為8V，燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端的電壓為：U_滑=8V-4.5V=3.5V；
當(dāng)滑動變阻器的最大阻值為20Ω時，此時電路中的電流值大約為：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.5V}{\frac{1}{2}×20Ω}$=0.35A，與指針位置相符；
當(dāng)滑動變阻器的最大阻值為50Ω時，此時電路中的電流值大約為：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.5V}{\frac{1}{2}×50Ω}$=0.14A，與指針位置不符；
由以上分析可知，所選用的電源電壓為8V，變阻器的規(guī)格為“20Ω 2A”，電流表選用0～0.6A的量程，示數(shù)為0.3A；
小燈泡的電功率為：P=UI=4.5V×0.3A=1.35W．
故答案為：①見上圖；②（a）0.3A；（b）1.35W；（c）8V、“20Ω 2A”．

點評 本題是測量燈泡電功率的實驗，題目中給出了有關(guān)的信息，讓推斷燈泡的額定功率，關(guān)鍵能夠根據(jù)所給出的實際情況判斷出燈泡的額定電壓、電源電壓，有一定的難度．