Question

8．小寶同學(xué)要測量一個(gè)小燈泡的電功率，已知電源電壓是6V，小燈泡的額定電壓是2.5V，燈絲電阻大約為10Ω，滑動變阻器的規(guī)格有A“10Ω1A”，B“20Ω   1.5A”
（1）為了測小燈泡的額定功率，滑動變阻器應(yīng)選B（選填“A”或“B”）．請用筆畫線代替導(dǎo)線幫小寶同學(xué)將圖甲中的實(shí)物圖連接完整，要求：滑片向右移動時(shí)燈變亮．

（2）故障排除后，為了測出小燈泡的額定功率，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.95W．
（3）為了考察同學(xué)們的能力，老師拿來了一個(gè)已知額定電流為0.2A，但額定電壓未知的小燈泡，一個(gè)已知阻值為R的電阻和兩個(gè)開關(guān)S₁、S₂，利用上面的部分器材為同學(xué)們設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路來測量小燈泡的額定功率，請你將下列實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整；
①只閉合S、S₁（填開關(guān)S、S₁、S₂的通斷情況），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為0.2A×R；
②閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，保持滑動變阻器的滑片不動（選填“適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片”“保持滑動變阻器的滑片不動”），讀出電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為：P=（U-0.2A×R ）×0.2A．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律確定燈的額定電流，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出燈正常發(fā)光時(shí)變阻器分得的電壓，由歐姆定律求變阻器連入電路中的電阻；考慮到電阻和變阻器允許通過的最大電流，確定應(yīng)選用的變阻器；
由滑片向右移動時(shí)燈變亮確定變阻器的連接，在上面的基礎(chǔ)上確定電壓表量程，電壓表與燈并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中；
（2）燈在額定電壓下的功率為額定功率，由圖示電流表根據(jù)小量程讀出其示數(shù)，由P=UI求出燈泡額定功率；
（3）測燈泡功率需要測出燈泡額定電流對應(yīng)的額定電壓，首先使通過燈的電流為額定電流燈正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律和歐姆定律，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換使電壓表測R的電壓，使電壓表示數(shù)為0.2A×R，保持滑片的位置不動，通過開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換使電壓表測燈與R的電壓，因電路的連接沒有改變，各電阻的電壓不變，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出燈正常工作時(shí)的電壓，根據(jù)P=UI寫出額定功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）電源電壓是6V，小燈泡的額定電壓是2.5V＜3V，燈絲電阻大約為10Ω，燈正常工作時(shí)的電流大小：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，電流表選用小量程，燈正常發(fā)光時(shí)，變阻器分得的電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，變阻器連入電路中的電阻：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，考慮到電阻和變阻器允許通過的最大電流，應(yīng)選用B規(guī)格的變阻器；
因要求滑片向右移動時(shí)燈變亮，即電流變大，電阻變小，即滑片以右電阻絲連入電路中．電流表、電壓表選用小量程，電流表串聯(lián)在電路中，電壓表與燈并聯(lián)，如下所示：

（2）燈在額定電壓下的功率為額定功率，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，圖中電流表分度值為0.02A，示數(shù)為0.38A，則小燈泡的額定功率P_L=U_LI=2.5V×0.38A=0.95W；
泡額定電壓為3.8V，電壓表選0～15V量程，把滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，實(shí)物電路圖如圖所示：
（3）①只閉合開關(guān)S、S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為 0.2A×R；
②閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電壓表的示數(shù)為U；
③在上面的操作過程中，電路的連接關(guān)系不變，滑片的位置不動，各用電器的電壓不變，燈仍正常發(fā)光，故燈的額定電壓為U_L額=U-0.2A×R，燈泡額定功率的表達(dá)式為：P=I_L額×U_L額=0.2A×（U-0.2A×R）．
故答案為（1）B；如上所示；
（2）2.5；  0.95；
（3）①只閉合開關(guān)S、S₁；   0.2A×R；
②保持滑動變阻器的滑片不動；
③（U-0.2A×R ）×0.2A．

點(diǎn)評 本題測量一個(gè)小燈泡的電功率，考查器材的選擇、電路的連接、操作過程及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測電功率的能力，有難度．