Question

6．如圖所示的電路中，電源為可調(diào)壓直流學生電源，電壓表量程為“0～15V”，電流表量程為“0～0.6A”，小燈泡標有“6V1.2W”字樣，R₀為20Ω的定值電阻．圖一是小明同學在一次實驗中得到的電流表和電壓表數(shù)變化關(guān)系的圖象．求：

（1）燈泡正常發(fā)光時的電阻；
（2）當電壓表示數(shù)為3V時，電阻R₀在50s內(nèi)消耗的電能；
（3）調(diào)節(jié)電源電壓，小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時，小燈泡的實際電功率多大？
（4）如果電壓表的讀數(shù)是準確的，試分析小明同學的實驗數(shù)據(jù)，指出該實驗存在誤差的原因；并求出電壓表讀數(shù)為2V時，小燈泡的實際功率的真實值．

Answer 1

分析 由甲電路圖可知，R₀與燈泡L并聯(lián)，電流表測干路電流，電壓表測電源的電壓．
（1）知道燈泡的額定電壓和額定功率，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈泡正常發(fā)光時的電阻；
（2）當電壓表示數(shù)為3V時，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點和W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出電阻R₀在50s內(nèi)消耗的電能；
（3）調(diào)節(jié)電源電壓，小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電源電壓，根據(jù)歐姆定律求出通過R₀的電流，根據(jù)圖象讀出干路電流，利用并聯(lián)電路的電流特點求出通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的實際電功率；
（4）燈泡的電阻與溫度有關(guān)，據(jù)此分析造成誤差的原因，根據(jù)歐姆定律求出通過R₀的電流，根據(jù)圖象讀出干路電流，利用并聯(lián)電路的電流特點求出通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的實際電功率．

解答 解：由甲電路圖可知，R₀與燈泡L并聯(lián)，電流表測干路電流，電壓表測電源的電壓．
（1）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{{（6V）}^{2}}{1.2W}$=30Ω；
（2）當電壓表示數(shù)為3V時，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，電阻R₀在50s內(nèi)消耗的電能：
W₀=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$t=$\frac{（3V）^{2}}{20Ω}$×50s=22.5J；
（3）調(diào)節(jié)電源電壓，小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時，
電源的電壓：
U′=$\sqrt{{P}_{0}{R}_{0}}$=$\sqrt{0.8W×20Ω}$=4V，
通過R₀的電流：
I₀=$\frac{U′}{{R}_{0}}$=$\frac{4V}{20Ω}$=0.2A，
由圖乙可知，干路電流約為0.455A，
因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，
所以，通過燈泡的電流：
I_L=I-I₀=0.455A-0.2A=0.255A，
小燈泡的實際電功率：
P_L=U′I_L=4V×0.255A=1.02W；
（4）燈泡的電阻與溫度有關(guān)，不同電壓下通過燈泡的電流不同，實際功率不同，燈絲的電阻不同，會造成電流表的讀數(shù)存在誤差，計算通過燈泡的電流不準確，從而導致燈泡的實際功率計算不準確；
電壓表讀數(shù)為2V時，由圖象可知干路電流為0.4A，
此時通過R₀的電流：
I₀′=$\frac{U″}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
通過燈泡的電流：
I_L′=I′-I₀′=0.4A-0.1A=0.3A，
小燈泡的實際電功率：
P_L′=U″I_L′=2V×0.3A=0.6W．
答：（1）燈泡正常發(fā)光對的電阻為30Ω；
（2）當電壓表示數(shù)為3V時，電阻R₀在50s內(nèi)消耗的電能為22.5J；
（3）調(diào)節(jié)電源電壓，小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時，小燈泡的實際電功率為1.02W；
（4）燈泡的電阻與溫度有關(guān)，不同電壓下通過燈泡的電流不同，實際功率不同，燈絲的電阻不同，會造成電流表的讀數(shù)存在誤差，計算通過燈泡的電流不準確，從而導致燈泡的實際功率計算不準確；電壓表讀數(shù)為2V時，小燈泡的實際功率的真實值為0.6W．

點評 本題考查了并聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用，從圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．