【題目】小嘉做“測(cè)定小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn),小燈的額定電壓可能為2.2伏或3.8伏,且額定功率小于1瓦.實(shí)驗(yàn)室提供了電壓為2伏的電池若干節(jié).她正確連接電路,并將滑片移到滑動(dòng)變阻器的一端,閉合電鍵觀察到電壓表的示數(shù)如圖(a)所示,小燈的亮度很暗.然后她將變阻器的滑片向另一端移動(dòng),觀察到電流表示數(shù)變小;當(dāng)滑片到達(dá)另一端時(shí),電壓表、電流表的示數(shù)如圖(b)、(c)所示.

①小嘉在器材選擇和在操作過(guò)程中均存在問(wèn)題,她在操作過(guò)程中存在的問(wèn)題是;圖(a)中電壓表的讀數(shù)為
②小嘉改正了上述問(wèn)題,重新設(shè)計(jì)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn).當(dāng)她移動(dòng)變阻器的滑片到中點(diǎn)位置(即變阻器接入電路的電阻為最大值的一半)時(shí),小燈泡恰好正常發(fā)光,此時(shí)電壓表指針恰好位于刻度線上,求小燈泡額定功率.

【答案】連接電路時(shí),變阻器的滑片沒有置于阻值最大處;2V;小燈泡的額定功率為0.836W
【解析】解:①根據(jù)她正確連接電路,并將滑片移到滑動(dòng)變阻器的一端,然后她將變阻器的滑片向另一端移動(dòng),觀察到電流表示數(shù)變小,由歐姆定律知,此時(shí)變阻器連入電路中的電阻變大了,由此可知,開始時(shí),滑片移到滑動(dòng)變阻器的一端是變阻器滑片連入電路中電阻為0的一端,即此時(shí)電路中只有燈泡;圖(a)所示電壓表,若選大量程,分度值為0.5V,示數(shù)為10V;若選小量程,分度值為0.1V,示數(shù)為2V,因燈的燈的額定電壓可能為2.2伏或3.8伏,小燈的亮度很暗,所以電壓表示數(shù)即電源電壓只能為2V(由此可判斷,燈的額定電壓應(yīng)為3.8V),所以,小嘉在操作過(guò)程中均存在的問(wèn)題是:連接電路時(shí),變阻器的滑片沒有置于阻值最大處,電源電壓為2V;
②然后她將變阻器的滑片向另一端移動(dòng),觀察到電流表示數(shù)變;當(dāng)滑片到達(dá)另一端時(shí),即變阻器的最大阻值與燈泡串聯(lián),電壓表、電流表的示數(shù)如圖(b)、(c)所示.
圖(b)電壓表,當(dāng)使用大量程時(shí),分度值為0.5V,示數(shù)為4V;當(dāng)使用小量程時(shí),分度值為0.1V,示數(shù)為0.8V,根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,此時(shí)燈的電壓應(yīng)小于2V,所以燈的電壓為0.8V,變阻器的電壓為U=2V﹣0.8V=1.2V;
圖(c)電流表,當(dāng)選用大量程時(shí),分度值為0.1A,示數(shù)為0.3A;當(dāng)選用小量程時(shí),分度值為0.02A,示數(shù)為0.06A,因燈的額定功率小于1瓦,所以燈正常發(fā)光時(shí)的電流
I< ≈0.26A,故此時(shí)電流表示數(shù)只能為I′=0.06A(因燈的電壓為0.8V<2V,燈比第1次中的很暗還將變暗時(shí)的電流大小為0.06A),所以變阻器的最大阻值R= =20Ω;
小嘉改正了上述問(wèn)題,重新設(shè)計(jì)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn).當(dāng)她移動(dòng)變阻器的滑片到中點(diǎn)位置,即變阻器接入電路的電阻為最大值的一半,R′= ×20Ω=10Ω.
因燈泡額定電壓電壓是3.8V,如果電壓表與燈泡并聯(lián),若用小量程,燈泡正常發(fā)光時(shí)超過(guò)其量程,則電壓表應(yīng)該用大量程,而大量程的分度值是0.5V,燈泡額定電壓是3.8V,燈泡正常發(fā)光時(shí),電壓表指針不可能指在刻度線上,所以,電壓表應(yīng)該與滑動(dòng)變阻器并聯(lián).
電源電壓為2V的整數(shù)倍,因燈的電壓為3.8V時(shí)正常發(fā)光,故電源電壓至少為4V:
a若電源電壓為4V時(shí),根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,變阻器的電壓為U滑1=4V﹣3.8V=0.2V,燈正常工作時(shí)電路中的電流I1= =0.02A<0.06A,即正常發(fā)光時(shí)的電流小于燈最暗時(shí)的電流,這是不可能的;
b若電源電壓為6V,根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,變阻器的電壓為U滑2=6V﹣3.8V=2.2V,燈正常工作時(shí)電路中的電流I2= =0.22A<0.26A,符合題目條件;
c若電源電壓為8V,根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,變阻器的電壓為U滑3=8V﹣3.8V=4.2V,燈正常工作時(shí)電路中的電流I3= =0.42A>0.26A,不符合題目條件;
所以電源電壓為6V,燈正常發(fā)光時(shí)電流IL=0.22A,燈的額定功率PL=ULIL=3.8V×0.22A=0.836W.
所以答案是:①連接電路時(shí),變阻器的滑片沒有置于阻值最大處;2V;
②小燈泡的額定功率為0.836W.
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解實(shí)際功率的概念的相關(guān)知識(shí),掌握實(shí)際功率(P):用電器在實(shí)際電壓下的功率.

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