题目内容
【题目】某校物理社团的学生做“测量小灯泡的电功率”和“探究电流与电压关系”的实验,电源两端电压恒定,小灯泡的额定电压为2.5V,设计的电路如图甲所示,操作如下:
(1)按图甲连接电路,正确操作并记录两电表示数,绘制如图乙所示的U﹣I图象,则小灯泡的额定功率为________W.实验中,当电流表示数为I0(I0<0.30A)时,小灯泡的电功率为P1 ;
(2)断开开关,用定值电阻替换小灯泡,正确操作测出多组数据,记录在图丙表格中.分析表格中的数据可知:当电阻一定时,通过导体的电流与导体两端电压成_____.实验中当电流表示数仍为I0时,定值电阻的电功率为P2,则P1、P2的大小关系为P1___P2 ;
(3)若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端,电路的总功率为________W.
【答案】 1 正比 < 1.8
【解析】(1)已知小灯泡的额定电压为2.5V,由图乙可知,当灯泡两端的电压为2.5V时,通过灯泡的电流为0.4A,则小灯泡的额定功率为P额=U额I =2.5V×0.4A=1W;
(2)分析表格丙中的数据可知:电压与对应的电流之比为一定值,即当电阻一定时,通过导体的电流与导体两端电压成正比;
由欧姆定律可知,定值电阻的大小,
由题,实验中,当电流表示数为I0(I0<0.30A)时,可设I0=0.2A,则由图乙可知,灯泡两端电压为0.5V,小灯泡的电功率P1=U1I0=0.5V×0.2A=0.1W;
此时定值电阻的功率P2=I02R=(0.2A)2×5Ω=0.2W;
则P1、P2的大小关系为P1<P2 ;
(3)设滑动变阻器的最大阻值为R滑,由图甲可知,滑动变阻器和小灯泡串联,当滑动变阻器最大阻值连入电路中时,此时对应电流为I0=0.2A,根据欧姆定律和串联电路的特点,电源电压
U=I0R滑+UL=0.2A×R滑+0.5V………….①
由(2)可知,用定值电阻替换小灯泡,将滑片移至滑动变阻器的阻值最大端,有电压表示数U’=0.9V,电流I’=0.18A,则电源电压
U=I’R滑+U’=0.18A×R滑+0.9V……….②
由①②可得,电源电压U=4.5V;
若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端,由串联电路各处的电流相等,只有当电路中电流为0.4A时,灯泡的电压为2.5V,定值电阻两端的电压UR=IR=0.4A×5Ω=2V,符合串联电路各部分电压之和等于总电压的规律。所以,若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端,电路的总功率为P总=UI=4.5V×0.4A=1.8W。