题目内容

15．小明要测量一个额定电压为3.8V的小灯泡的额定功率，电路如图甲所示，估计小灯泡正常工作时的电阻约为20Ω．现有电流表、电压表、开关、滑动变阻器R1（10Ω  0.2A）R2（20Ω  0.5A）、R3（10Ω  1A）各一个，导线若干，电源电压为6V．

（1）请用铅笔画线代替导线，将实验电路连接完整．
（2）实验中，应选择滑动变阻器R2接入电路．
（3）小明测得实验数据如表，小刚认为小明测得的实验数据中有一次是不真实的，存在拼凑的嫌疑，请你帮忙找出哪一次并说明理由？第一次实验是不真实的，存在拼凑的嫌疑，通过计算滑动变阻器接入电路中的阻值需超过20Ω．
  次数1234
电压（伏）2.003.403.804.20
电流（安）0.180.190.200.22
电阻（欧）11.1117.8919.0019.09
（4）小李同学做这个实验时，发现电压表的0～15V量程已坏，为了测小灯泡的额定功率，小李设计了另一种实验方案．已知电阻R的阻值为10欧．
①电路如图乙所示，连接好电路；
②开关S拔到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I1；
③开关S拔到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I2，
先算出R两端电压U0=I1R（即灯两端的电压）和灯泡的电阻RL=U0/I2-I1再根据P0=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，计算灯泡的额定功率．他按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，为使测量结果更准确，请指出该如何修改实验方案？
步骤②改为：将开关S拨到位置1，移动滑片P，使I1R等于3.8V．

分析 （1）小灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表的量程选择0～15V，据此连接实物连接图；
（2）由题知，小灯泡正常工作时的电阻，利用欧姆定律求此时电路中的电流；根据串联电压特点求出滑动变阻器两端的电压，利用欧姆定律求出滑动变阻器连入电阻，进而确定合适的滑动变阻器；
（3）滑动变阻器与灯泡串联在电路中，求出滑动变阻器两端的电压，利用欧姆定律求出滑动变阻器连入电阻，根据滑动变阻器的最大阻值确定哪一次实验不真实；
（4）由电路图可知，R与L并联，当开关S拔到位置1时电流表测通过R的电流，当开关S拔到位置2时电流表测电路的总电流，根据欧姆定律求出并联部分的电压，根据并联电路的电流特点求出通过L的电流，进一步根据欧姆定律求出灯泡的电阻；因不同电压下灯泡的电阻不同，所以灯泡的额定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；调节滑动变阻器使电流表的示数和R的乘积为3.8V时可以测出灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）小灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表的量程选择0～15V，实物连接图，如图所示：

（2）由题知，小灯泡正常工作时的电阻RL≈20Ω，此时电路中的电流I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{20Ω}$=0.19A，
滑动变阻器两端的电压UR=U-U额=6V-3.8V=2.2V，
滑动变阻器连入电阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.19A}$≈12Ω，
所以应该选择最大电阻大于10Ω的滑动变阻器R2；
（3）滑动变阻器与灯泡串联在电路中，滑动变阻器两端的电压UR=U-U额=6V-2V=4V，
滑动变阻器连入电阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{4V}{0.18A}$≈22Ω，
由于滑动变阻器的最大阻值为20Ω，
所以第一次的实验数据不真实，存在拼凑的嫌疑；
（4）因为R与L并联，
所以，并联部分两端的电压U=I1R，
通过灯泡的电流为IL=I2-I1，
则灯泡的电阻RL=$\frac{U}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
因灯泡的电阻与温度有关，
所以，灯泡的额定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；
当调节滑动变阻器使电流表的示数和R的乘积为3.8V时，测出此时电路中的电流并求出通过灯泡的电流，即可利用P=UI求出灯泡的额定功率．
故答案为：
（1）如图所示；
（2）R2
（3）第一次实验是不真实的，存在拼凑的嫌疑，通过计算滑动变阻器接入电路中的阻值需超过20Ω；
（4）步骤②改为：将开关S拨到位置1，移动滑片P，使I1R等于3.8V．

点评 本题考查了测定小灯泡额定功率的实验，涉及到并联电路的电压特点和欧姆定律的应用、电功率公式的应用，关键是知道灯泡的电阻与温度有关，注意等效法的应用．

练习册系列答案
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6．如图甲是某实验小组探究“电流与电压、电阻关系”的电路图，使用的实验器材有：电压为6V的电源．电流表、电压表各一个，开关一个，5Ω、10Ω、15Ω、30Ω的定值电阻各一个，规格为“20Ω 1A”的滑动变阻器一个，导线若干．
表1                                          
实验次数123
电压U/V1.01.52.0
电流I/A0.2 0.4
表2
实验次数123
电阻R/Ω51015
电流I/A0.60.30.24
（1）探究电流与电压的关系时，所测得的几组电流、电压值如表1所示．在第2次实验中，电流表的示数如图乙所示，则通过电阻的电流为0.3A．根据表1数据可得到结论：在电阻一定时，导体中的电流与其两端的电压成正比．
（2）探究电流与电阻的关系时，所测得的几组电流、电压值如表2所示，①由于操作不当，导致一组数据存在错误，请判断第3次实验的数据存在错误．产生错误的原因是滑动变阻器滑片没有调节就读数了，正确的数据应该是0.2A．
②纠正错误以后，该小组用30Ω的电阻替换15Ω的电阻进行了第4次实验，发现实验无法进行下去，为完成第4次实验，同学们提出了下列解决方案，其中正确的是C
A．将电压表的量程换为0～15V  
B．换成电压为12V的电源
C．更换最大阻值大于或等于30Ω的滑动变阻器    
D．可将定值电阻两端的电压调为1.5V．
3．小沈同学在做探究“电流、电压与电阻关系”的实验时，他选取了两节干电池、一个滑动变阻器、一块电流表、一块电压表、一个开关、3个阻值不同的电阻丝及若干导线．请你帮他完成下列内容：
①根据实验要求，在图1中用笔划线代替导线将实物图连接完整，并在图2虚线框内画出相应的电路图；
②在探究“电流与电阻关系”实验时，他的实验步骤如下：①先将5Ω的电阻R接入电路；②闭合开关S，读出电流表的示数，并把数据记录在表格中；③再分别将10Ω和20Ω的电阻替换5Ω电阻，重复步骤②；请你说出他在实验过程中的错误是未保持电阻两端的电压不变；
次数电阻R/Ω电流I/A
150.48
2100.24
3200.12
③他纠正错误后重新进行实验，得到的数据如表所示．根据表中的实验数据可得出的结论是电压不变，导体中的电流与它的电阻成反比；
④在探究“导体中的电流与导体两端电压关系”的实验中，赵明同学用图3所示的电路进行实验，通过改变干电池个数的办法获得了多组数据；而小沈同学利用图1所示的电路通过调节滑动变阻器的滑片也获得了多组数据．请你对两位同学的实验方案进行比较，赵明同学的方案更好些，原因是操作简单；（写出一条即可）
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试验序号θ斜面m/gV（cm/s）
120°A200245
220°A300245
320°B200153
420°B300153
525°A200307
630°A200358
735°A200v7
840°A200438
945°A200470
（1）分析比较表中数据可得：v与物体质量无关．
（2）分析比较试验序号1、5、6、8与9的数据及相关条件，可得出的初步结论是：同一小车，平放在长度相同的斜面顶端由静止下滑，其他条件一定时，斜面倾角θ越大，物体滑到斜面底端时的速度越大．
（3）在试验序号7中：v7大于$\frac{358+438}{2}$cm/s（选填“大于”、“等于”或“小于”）．
（4）完成上述试验后，有同学提出新的猜 想：v可能还与物体跟斜面的接触面积有关．为了验证猜想，应选择图中d与（a）进行对比试验[选填“（b）”、“（c）”或“（d）”]，即可得出初步结论．
5．在“测量小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，滑动变阻器 上标有“10Ω  1A”的字样．

（1）图甲是晓岑同学没有连接完的电路，请你用笔画线代替导线，将电路连接完整．
（2）连接电路后，晓岑闭合开关，发现电流表有示数但小灯泡不亮，电压表读数为零，故障的原因可能是灯泡短路（或电压表短路）．（写出一种）
（3）故障排除后，晓岑再次闭合开关测量小灯泡的额定功率，但是发现电压表的示数为1V，此时应将滑动变阻器的滑片向左（选填“左”或“右”）滑动，直到电压表的示数为2.5V时为止，此时电流表读数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为0.75W．
（4）晓岑根据测得的几组数据做出了图丙所示的U-I图象，发现电流与电压不成（选填“成”或“不成”）正比，原因是灯丝电阻随温度而变化．
从图象中还可以发现，灯泡的实际功率随实际电压的增大而，增大．
（5）为了考察同学们的能力，老师拿来了一个已知额定电流为0.2A，但额定电压未知的小灯泡，一个已知阻值为R的电阻和两个开关S1、S2，利用上面的部分器材为同学们设计了如图所示的电路，来测量小灯泡的额定功率，请你将下列实验步步补充完整；
①闭合S、S1，断开S2（填开关S、S1、S2的通断情况），调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为0.2R．
②闭合开关S、S2，断开S1，B（选填“A”或“B”．A：适当调节滑动变阻器的滑片；B：保持滑动变阻器的滑片不动）；读出电压表的示数为U．
③灯泡额定功率的表达式为：P=0.2A×（U-0.2R）．

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