题目内容

【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.

【答案】连接电路时,变阻器的滑片没有置于阻值最大处;2V;小灯泡的额定功率为0.836W
【解析】解:①根据她正确连接电路,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=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1瓦,所以灯正常发光时的电流
I< ≈0.26A,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R= =20Ω;
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,R′= ×20Ω=10Ω.
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I1= =0.02A<0.06A,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I2= =0.22A<0.26A,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I3= =0.42A>0.26A,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.
所以答案是:①连接电路时,变阻器的滑片没有置于阻值最大处;2V;
②小灯泡的额定功率为0.836W.
【考点精析】解答此题的关键在于理解实际功率的概念的相关知识,掌握实际功率(P):用电器在实际电压下的功率.

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