Question

14．小华同学做“测定小灯泡的电功率”实验，现有电源（电压保持不变）、待测小灯（标有“2.5V”、“3.8V”字样的小灯各一个）、滑动变阻器（标有“10Ω 1A”、“50Ω 1A”的变阻器各一个）、电压表、电流表、电键及导线若干．小华同学选择了一个小灯和变阻器后正确连接电路，实验步骤正确，刚闭合电键时电流表、电压表示数如图（a）、（b）所示．接着他把另一个电压表并联在电路中的某两点之间，按照正确实验步骤进行操作，刚闭合电键时此电压表示数恰好仍如图（b）所示．他继续移动滑动变阻器的滑片P直至小灯正常发光时，发现电流表和其中一个电压表示数都在原来的基础上偏转了1格，另一个电压表示数在原来的基础上偏转了5格．
①小华所选的变阻器规格为“50Ω1A”．
②小华所选用小灯的额定电压为2.5V．
③计算小灯的额定功率．

Answer 1

分析 题中2次提到“按照正确实验步骤进行操作”，隐含着在闭合开关前，滑动变阻器连入电路中的电阻最大的条件．
先读出电流表、电压表可能的读数，根据第2次操作中，电压表示数都变化了，确定另一个电压表连接的位置；
根据欧姆定律，确定第2次操作中电路中的电流的变化，根据变阻器允许通过的最大电流确定电流表的量程和灯的额定电流大小；
根据分压原理，确定灯的电压变化情况，结合灯的额定电压，判断出灯的额定电压大小；
根据串联电路电压的特点，判断出并联在变阻器两端的电压表使用的量程情况，求出其第1次读数的大小；
根据P_额=U_额I_额求灯的额定功率．

解答 解：（1）电表可能的读数：
小华同学选择了一个小灯和变阻器后正确连接电路，实验步骤正确，刚闭合电键时电流表、电压表示数如图（a）、（b）所示，因没有说明电表量程的选择，所以，电流表示数可能为0.2A或1A；电压表示数可能 为2V、10V；
（2）确定另一个电压表连接的位置及灯的额定电流
 另一个电压表并联在电路中的某两点之间，按照正确实验步骤进行操作，刚闭合电键时，此电压表示数恰好仍如图（b）所示，因滑片置于变阻器阻值最大处，结合下面题干中“移动滑动变阻器的滑片P直至小灯正常发光时，两电压表示数都发生了变化”，可知另一个电压表没有并联在灯和变阻器的两端（或电源的两端），只能并联在变阻器的两端了；
因操作步骤正确，开始时滑片置于变阻器阻值最大处，移动滑片P直至小灯正常发光时，变阻器连入电路中的电阻减小了，根据欧姆定律，电路中电流增大了．若电流表使用大量程，分度值为0.1A，在第1次操作中，电流表示数为1A，根据题干中“电流表在原来的基础上偏转了1格”，此时电流表示数为1A+1×0.1A=1.1A，均大于两个变阻器允许通过的最大电流，这是不可能的，所以电流表在第1次操作中的读数只能为0.2A，使用的是小量程，分度值为0.02A，灯正常发光的时电流大小为0.2A+1×0.02A=0.22A；
（3）确定灯的额定电压
在第2次操作中，移动滑片使灯正常发光时，根据分压原理，并联在变阻器两端的电压表示数一定是减小了，由串联电路电压的特点，则并联在灯两端的电压表示数一定是增大了，若在第1次操作中电压表示数为10V，增大后电压表示数大于10V，那么无论额定电压是2.5V或额定电压是3.8V的灯都不能正常发光，所以，可确定在第1次操作中，并联在灯两端的电压表示数一定为2V，电压表使用的是小量程，分度值为0.1V，结合小灯正常发光时，电压表示数在原来的基础上偏转了5格，由此可判断灯的额定电压为U_L=2V+5×0.1V=2.5V；
（4）确定并联在变阻器两端的电压表量程及第1次操作中的示数大小
根据串联电路电压的特点，灯两端的电压增大0.5V，则滑动变阻器的电压一定减小0.5V，结合题干中”电压表示数在原来的基础上偏转了1格”，可知，并联在变阻器两端的电压表的分度值为0.5V，由此可确定并联在变阻器两端的电压表使用的是大量程，原来的读数应为10V；
（5）确定变阻器的规格
在第1次操作中，当变阻器全部电阻连入电路中时，其两端的电压U_滑=10V，电流表示数为I=0.2A，所用滑动变阻器阻值大小R_变=$\frac{{U}_{变}}{I}=\frac{10V}{0.2A}$=50Ω，所以选用 的是“50Ω1A”的变阻器；
（6）灯正常发光时的额定功率P_额=U_额I_额=2.5V×0.22A=0.55W．
故答案为：①“50Ω1A”；
②2.5V；
③灯正常发光时的额定功率P_额=U_额I_额=2.5V×0.22A=0.55W．

点评 本题简化计算，重在运用所学知识分类讨论、演绎推理出所求的结果，综合性强，难度大，对能力要求好，解题的关键是充分利用隐含的已知条件，穷举电表所有可能的读数，从判断另一个电压表的连接位置入手．