Question

【题目】小嘉做“测定小灯泡的电功率”实验，小灯的额定电压可能为2.2伏或3.8伏，且额定功率小于1瓦．实验室提供了电压为2伏的电池若干节．她正确连接电路，并将滑片移到滑动变阻器的一端，闭合电键观察到电压表的示数如图（a）所示，小灯的亮度很暗．然后她将变阻器的滑片向另一端移动，观察到电流表示数变小；当滑片到达另一端时，电压表、电流表的示数如图（b）、（c）所示．

①小嘉在器材选择和在操作过程中均存在问题，她在操作过程中存在的问题是________；图（a）中电压表的读数为________

②小嘉改正了上述问题，重新设计电路进行实验．当她移动变阻器的滑片到中点位置（即变阻器接入电路的电阻为最大值的一半）时，小灯泡恰好正常发光，此时电压表指针恰好位于刻度线上，求小灯泡额定功率．________

Answer 1

【答案】连接电路时，变阻器的滑片没有置于阻值最大处 2V 0.836W

【解析】

根据欧姆定律，结合题干中“她将变阻器的滑片向另一端移动，观察到电流表示数变小”确定操作过程中存的问题；由图（a）得到电压表的示数；
根据串联电路电压的规律，确定图（b）电压表的示数，从而求出变阻器分得的电压；
根据因灯的额定功率小于1W，求出灯正常发光时的电流范围，确定电流表的示数，根据欧姆定律求出变阻器的最大阻值；
根据灯泡额定电压是3.8V，且电压表指针指在刻度线上，排出电压表并联在灯的两端的可能，从而确定电压表连接的位置；
因电源电压是2V的整数倍，判断电源电压的可能的大小，根据串联电路电压规律和变阻器连入电路中的阻值大小，由欧姆定律求出电路中的可能电流大小，结合灯正常发光时的电流范围，确定电源电压的值，从而判断出灯的额定电压和额定电流，根据PL=ULIL求出灯的额定功率。

①正确连接电路，并将滑片移到滑动变阻器的一端，然后她将变阻器的滑片向另一端移动，观察到电流表示数变小，由欧姆定律可知此时变阻器连入电路中的电阻变大了，由此可知，开始时滑片移到滑动变阻器的一端是变阻器滑片连入电路中电阻为0的一端，即此时电路中只有灯泡；图（a）所示电压表，若选大量程，分度值为0.5V，示数为10V；若选小量程，分度值为0.1V，示数为2V，因灯的额定电压可能为2.2伏或3.8伏，小灯的亮度很暗，所以电压表示数即电源电压只能为2V（由此可判断，灯的额定电压应为3.8V），所以，小嘉在操作过程中均存在的问题是：连接电路时，变阻器的滑片没有置于阻值最大处，电源电压为2V；
②然后她将变阻器的滑片向另一端移动，观察到电流表示数变小；当滑片到达另一端时，即变阻器的最大阻值与灯泡串联，电压表、电流表的示数如图（b）、（c）所示。
图（b）电压表，当使用大量程时，分度值为0.5V，示数为4V；当使用小量程时，分度值为0.1V，示数为0.8V，根据串联电路电压的规律，此时灯的电压应小于2V，所以灯的电压为0.8V，变阻器的电压为U滑=2V-0.8V=1.2V；
图（c）电流表，当选用大量程时，分度值为0.1A，示数为0.3A；当选用小量程时，分度值为0.02A，示数为0.06A，因灯的额定功率小于1W，所以灯正常发光时的电流，故此时电流表示数只能为I′=0.06A（因灯的电压为0.8V＜2V，灯比第1次中的很暗还将变暗时的电流大小为0.06A），所以变阻器的最大阻值，小嘉改正了上述问题，重新设计电路进行实验。当她移动变阻器的滑片到中点位置，即变阻器接入电路的电阻为最大值的一半，，因灯泡额定电压电压是3.8V，如果电压表与灯泡并联，若用小量程，灯泡正常发光时超过其量程，则电压表应该用大量程，而大量程的分度值是0.5V，灯泡额定电压是3.8V，灯泡正常发光时，电压表指针不可能指在刻度线上，所以，电压表应该与滑动变阻器并联。
电源电压为2V的整数倍，因灯的电压为3.8V时正常发光，故电源电压至少为4V：
a若电源电压为4V时，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压为U滑1=4V-3.8V=0.2V，灯正常工作时电路中的电流，，即正常发光时的电流小于灯最暗时的电流，这是不可能的；
b若电源电压为6V，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压为U滑2=6V-3.8V=2.2V，灯正常工作时电路中的电流，符合题目条件；
c若电源电压为8V，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压为U滑3=8V-3.8V=4.2V，灯正常工作时电路中的电流，不符合题目条件；
所以电源电压为6V，灯正常发光时电流IL=0.22A，灯的额定功率PL=ULIL=3.8V×0.22A=0.836W。