Question

12．王鹏所在的物理兴趣小组利用如图甲所示电路进行如下的实验研究：测定“3.8V”小灯泡的额定功率及定值电阻R的阻值．

（1）闭合S₁、S₂、断开S₃，调节滑动变阻器，得到表中三组数据．根据表中数据，可计算出定值电阻R=10Ω．

	1	2	3
电压U/V	2	2.6	3
电流I/A	0.2	0.26	0.3

（2）闭合S₁、S₃、断开S₂，调节滑动变阻器，测量灯泡L两端的电压和电流，根据测量数据绘制成如图乙所示的U-I关系图象．由图象分析，当电压表示数为2V时，灯泡L的电功率P_L=0.8W；图象中所绘图象是一条曲线，其原因是：灯丝的电阻与温度有关．
（3）若在进行（2）时发现电压表突然损坏，该组同学手边有多余电流表但无电压表，为了测出小灯泡的额定功率，小明灵机一动，设计了如图丙所示电路图；并进行如下操作：
①调节滑片至阻值最大处，并同时闭合S₁、S₂、S₃；
②调节滑动变阻器的滑片，直至电流表A₁的示数为0.38A时，记下电流表A的示数如图丁所示；
③根据公式计算出灯的额定功率为2.356W．

Answer 1

分析 （1）闭合S₁、S₂、断开S₃，R与滑动变阻器串联，电流表测电路中电流，电压表测R两端电压，由表格数据，根据串联电路特点和欧姆定律列式计算R的阻值，再利用多次测量求出平均值算出电阻R的阻值；
（2）闭合S₁、S₃，断开S₂，电压表测量灯泡两端的电压，电流表测量电路总电流，当电压表示数为2V时，从图象上找到对应的电流，根据公式P=UI可求灯泡的电功率；另外灯丝的电阻值随着灯丝温度的变化而变化．
（3）图丙中，三个开关都闭合时，灯泡和电阻R并联，因此两端电压相等；知道灯泡的额定电压和定值电阻的阻值，由此求出通过定值电阻的电流；
电流表A测量的是干路电流，等于支路电流之和，从而确定了电流表A选择的量程和读数，也能求出通过灯泡的电流，最后根据P=UI计算出灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）由电路图知，闭合S₁、S₂、断开S₃时，R与滑动变阻器串联，电流表测电路中电流，电压表测R两端电压，
由表格数据可知，电阻R的阻值分别为：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.6V}{0.26A}$=10Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω
所以电阻的阻值为：R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10Ω+10Ω+10Ω}{3}$=10Ω．
（2）由图乙所示图象可知，当电压为2V时，对应的电流为0.4A，
因此灯泡L的电功率：P_L=UI=2V×0.4A=0.8W；
由于灯丝的电阻受温度的影响，因此图象中所绘图象是一条曲线．
（3）①丙图中，当同时闭合S₁、S₂、S₃时，灯泡L和定值电阻R并联，两端电压相等；
②当灯泡两端电压达到额定电压3.8V时，定值电阻两端电压也等于3.6V；
此时通过定值电阻的电流，也就是电流表A₁的示数为：I₁=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A；
电流表A测量的是干路电流，因此它的电流值要大于A₁的示数，所以它选择的是0～3A量程，丁图中电流表的读数为1A；
③此时通过小灯泡L的电流I′=1A-0.38A=0.62A；
所以小灯泡的额定功率：P=UI′=3.8V×0.62A=2.356W．
故答案为：（1）10；（2）0.8；灯丝的电阻与温度有关；（3）0.38；1；2.356．

点评 本题综合了伏安法测电阻和测功率，考查电阻、电流以及电功率的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，难点是对电路结构的分析．