Question

甲、乙两同学分别做“测定小灯泡的功率”实验，他们使用的器材中，电源电压相同且不变，滑动变阻器上都标有“20Ω　2A”字样，待测的两小灯额定电流均为0.35安．甲同学正确连接电路，闭合电键后，移动滑动变阻器的滑片，当小灯正常发光时，电压表示数如图（a）所示，此时滑动变阻器的滑片恰好在中点（即它接入电路的电阻为10欧）．乙同学连接电路后，闭合电键，移动滑动变阻器的滑片，当小灯正常发光时，电压表示数如图（b）所示，且观察到乙同学的小灯比甲同学的小灯亮．
（1）请画出乙同学连接的实验电路图．
（2）甲同学所测小灯的额定功率P_额甲．
（3）乙同学所测小灯的额定功率P_额乙．（需写出计算过程）

Answer 1

解：（1）电压表与滑动变阻器并联测电压，电流表与灯泡串联测电流，滑动变阻器串联在电路中起保护作用，开关在电路中控制电路，实验电路图如下图所示：

（2）电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，灯泡的额定电压U_L=2.5V，
所以灯泡的额定功率P_甲=U_甲I=2.5V×0.35A=0.875W．
（3）甲同学：灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压U_滑=IR_滑=0.35A×10Ω=3.5V，
所以电源的电压U=U_滑+U_L=3.5V+2.5V=6V；
乙同学：电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，滑动变阻器两端的电压U_滑′=2.2V，
灯泡的额定电压U_L′=U-U_滑′=6V-2.2V=3.8V，
所以P_乙=U_乙I=3.8V×0.35A=1.33W．
故答案为：（1）如上图所示；（2）0.875W；
（3）U=U_甲+R_滑I=2.5V+10Ω×0.35A=6V，
U_乙=U-U_滑=6V-2.2V=3.8V，
P_乙=U_乙I=3.8V×0.35A=1.33W．
分析：（1）甲同学正确连接电路时，电压表与灯泡并联测电压，电流表与灯泡串联测电流，滑动变阻器串联在电路中起保护作用，开关在电路中控制电路；根据电压表的量程和分度值读出甲同学灯泡的额定电压，根据P=UI求出甲同学灯泡的额定功率．
（2）根据欧姆定律求出甲同学滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电压特点求出电源的电压，根据b图可知乙同学电压表的量程不可能为0～15V，否则电压表的示数大于电源的电压．
（3）根据P=UI可知当乙同学的小灯比甲同学的小灯亮时，乙同学灯泡的额定电压比甲大，根据串联电路的电压特点可知此时电压表测滑动变阻器两端的电压，据此设计乙同学的电路图和灯泡的额定功率．
点评：本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率的计算以及电路图的设计，根据是根据灯泡的亮暗结合电源的电压判断电压表所测的电路元件，这也是学生容易出错的地方．