Question

15．小林在做測量小燈泡功率的實驗時，連接了如圖甲所示電路，電源電壓保持不變，小燈泡額定電壓為2.5V．閉合開關后，將滑動變阻器滑片P從最右端開始向左滑動到某一位置的過程中，電流表示數(shù)與電壓表示數(shù)的變化曲線如圖乙所示．求：

（1）小燈泡正常發(fā)光時的電阻；
（2）當電壓表示數(shù)為1V時，小燈泡在1min中內(nèi)消耗的電能；
（3）燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器連入電路的阻值是其最大阻值的五分之一．求電源電壓？

Answer 1

分析 （1）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)圖乙讀出通過燈泡的電流，根據(jù)歐姆定律求出正常發(fā)光時的電阻；
（2）根據(jù)圖乙讀出電壓表的示數(shù)為1V時通過的電流，根據(jù)W=UIt求出小燈泡在1min中內(nèi)消耗的電能；
（3）當滑動變阻器的滑片位于P最右端時，接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，根據(jù)圖乙讀出電路中的最小電流和電壓表的示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點和歐姆定律表示出電源的電壓；燈泡正常發(fā)光時，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點和歐姆定律表示出電源的電壓，根據(jù)電源的電壓不變得出等式即可求出電源的電壓．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓U_L=2.5V，由圖乙可知通過燈泡的電流I_L=0.25A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，正常發(fā)光時的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（2）當電壓表示數(shù)為1V時，由圖乙可知通過的電流I_L′=0.2A，
小燈泡在1min中內(nèi)消耗的電能：
W=U_L′I_L′t=1V×0.2A×60s=12J；
（3）當滑動變阻器的滑片位于P最右端時，接入電路中的電阻最大，電路中的電流最小，
由圖乙可知，電路中的最小電流I_小=0.15A，電壓表的示數(shù)U_L″=0.5V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電源的電壓：
U=I_小R+U_L″=0.15A×R+0.5V，
燈泡正常發(fā)光時，電源的電壓：
U=I_L×$\frac{1}{5}$R+U_L=0.25A×$\frac{1}{5}$R+2.5V，
因電源的電壓不變，
所以，0.15A×R+0.5V=0.25A×$\frac{1}{5}$R+2.5V，
解得：R=20Ω，
電源的電壓U=I_小R+U_L″=0.15A×20Ω+0.5V=3.5V．
答：（1）小燈泡正常發(fā)光時的電阻為10Ω；
（2）當電壓表示數(shù)為1V時，小燈泡在1min中內(nèi)消耗的電能為12J；
（3）電源電壓為3.5V．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功公式的應用，從圖象中讀出電流和電壓的對應值是關鍵．