Question

7．某同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验．被测小灯泡的额定电压为2.0V，电阻约为10Ω．实验室有如下器材：电源电压为4.5、电流表（0-0.6A）、电压表（0-3V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器：R（30Ω 1A）．同学们设计的电路如图：

（1）本实验的实验原理是P=UI．
（2）如图是实验的电路，但连接不完整，请你帮她完成电路的连接，要求：滑动变阻器的滑片P向左移动时，小灯泡变亮．
（3）若连接电路后，闭合开关S，电流表的示数为零，电压表的示数迅速偏转，则故障的原因是灯断路．
（4）小明的实验记录如图：
小明数据的处理过程错误是将不同电压下的功率的平均值作为额定功率，正确的测量结果是P_额=0.4W．
（5）小明继续分析表中的数据发现小灯泡的电压与电流的比值不定，原因是灯的电阻随温度的变化而变化，因此，为了探究电流与电阻的关系，小明找来了R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃（15Ω）、R₄（20Ω）替换该实验中的灯泡，若用上述所有器材，本实验中控制不变的电压U的最小值为1.8V．

实验次数	电压U/V	电流I/A	功率/W	额定功率/W
1	1.5	0.14	0.21	P额=$\frac{0.2+0.4+0.6}{2}$=0.40
2	2	0.20	0.40
3	2.5	0.24	0.60

Answer 1

分析 （1）实验原理是P=UI；
（2）由灯泡的额定电压为确定电压表选用的量程，根据滑动变阻器的滑片P向左移动时，小灯泡变亮确定变阻器的连接；
（3）闭合开关S，电流表的示数为零，说明电路断路，电压表的示数迅速偏转说明电源与电压表连通，则与电压表并联的灯之外的电路是连通的，说明与电压表并联的灯断路了；
（4）灯在额定电压下的功率为额定功率，不同电压下的功率不同，据此分析回答；
（5）由分压原理，当变阻器连入电路中电阻最大时，变阻器分得的电压最大，则电压表示数最小，
根据串联电路电压的规律和分压原理分析，当变阻器连入电路中的电阻应最大时对应的定值电阻的大小，从而求出控制不变的电压U的最小值．

解答 解：（1）本实验的实验原理是P=UI；．
（2）小灯泡的额定电压为2.0V，电压表选用小量程，滑动变阻器的滑片P向左移动时，小灯泡变亮，即电流变大，电阻变小，即滑片左边电阻丝连入电路，如下所示：

（3）若连接电路后，闭合开关S，电流表的示数为零，说明电路断路，电压表的示数迅速偏转，说明电压表与电源连通，则故障的原因是灯断路了；
（4）灯在额定电压下的功率为额定功率，不同电压下的功率不同，
小明数据的处理过程错误是：将不同电压下的功率的平均值作为额定功率，正确的测量结果是P_额=U_额I_额=2V×0.2A=0.4W；
（5）因灯的电阻随温度的变化而变化，由欧姆定律，R=$\frac{U}{I}$，故表中的数据发现小灯泡的电压与电流的比值不定；
（6）由分压原理，当变阻器连入电路中电阻最大时，变阻器分得的电压最大，则电压表示数最小，
根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压U_滑=4.5V-U，根据分压原理：
$\frac{4.5V-U}{U}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，即$\frac{4.5V}{U}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{R}$-----①，因U为定值，故①式左边为一定值，右边也为一定值，当变阻器连入电路中的电阻应最大，即为30Ω，对应的定值电阻为20Ω，代入①得：
U=1.8V，即为本实验中控制不变的电压U的最小值．
故答案为：（1）P=UI；（2）如上所示；（3）灯断路；（4）将不同电压下的功率的平均值作为额定功率；0.4W；（5）灯的电阻随温度的变化而变化；1.8．

点评 本题测定小灯泡额定功率，考查实验原理、电路的连接、故障的分析、数据的处理及影响电阻大小的因素，同时也考查了探究电流与电阻的关系实验中对实验的电压表的控制要求，难度较大．