题目内容

13.问题解决:
给你一个电流表、一个灯泡、一个已知阻值的电阻R0,一个未知电压的电源、一个单刀双掷开关和导线若干,请设计一个测出灯发光时功率的电路(测量时不能拆卸).画出电路图并写出相应的步骤和数学表达式?
(1)如图所示连接电路
(2)将开关S拨至1时,灯泡与定值电阻并联,电流表测的是定值电阻R0的电流,读出示数为I1
(3)将开关S拨至2时,灯泡与定值电阻并联,电流表测干路电流,读出示数为I2 
(4)表达式P=I1R0(I2-I1).

分析 要测灯泡的功率,根据P=UI可知应用电流表测出通过灯泡中的电流、电压表测出其两端的电压;
实验中无电压表、有定值电阻,可根据并联电路的电压特点设计电路,即先用电流表测出通过定值电阻的电流,然后根据欧姆定律的变形公式求出定值电阻两端的电压,再用电流表测出并联电路的电流,进一步根据并联电路的电流特点求出通过灯泡的电流,根据P=UI求出灯泡的功率.

解答 解:(1)如图所示连接电路,使小灯泡和电阻并联,利用单刀双掷开关分别控制两条支路,同时使电流表测量定值电阻中的电流和干路中的电流,电路图如下:

(2)将开关S拨至1时,灯泡与定值电阻并联,电流表测的是定值电阻R0的电流,读出示数为I1;
(3)将开关S拨至2时,灯泡与定值电阻并联,电流表测干路电流,读出示数为I2;
(4)由上知,灯泡与电阻并联,所以灯泡两端的电压U=U0=I1R0;
通过灯泡的电流I=I2-I1,所以灯泡的功率:P=UI=I1R0(I2-I1),
则灯泡的功率表达式为:P=I1R0(I2-I1).
故答案为:(1)电路图如上图所示;(2)将开关S拨至1时,灯泡与定值电阻并联,电流表测的是定值电阻R0的电流,读出示数为I1;
(3)将开关S拨至2时,灯泡与定值电阻并联,电流表测干路电流,读出示数为I2;
(4)P=I1R0(I2-I1).

点评 本题考查了并联电路的特点和电功率计算公式的应用,关键是知道电路图分析出无电压表、有定值电阻时测未知电阻实验的原理,对学生的分析能力要求较高.

练习册系列答案
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8.在“测定小灯泡的额定功率”实验中,小明同学用一个电压表、一个电流表、一个开关、电压为恒为6V的电源、额定电压为3.8V的小灯泡和一个标有“20Ω  1.5A”的滑动变阻器,小灯泡的额定功率小于2W,设计的电路如图甲所示的电路.

(1)实验原理P=UI;连接电路时开关应处于断开(闭合/断开)状态.
(2)请用铅笔画线代替导线,按照图甲所示的电路图,将图乙的实物电路连接完整(连线不得交叉);
(3)电路接好后,闭合开关,发现小灯泡特别亮,电压表与电流表的示数较大.电路连接无误,接下来应进行的操作是D,C (两空按操作步骤先后顺序填写字母代号);
A.更换电池或小灯泡                     B.检查电路是否短路
C.移动滑动变阻器滑片至最大值位置       D.断开电路开关
(4)在实验中,若电压表示数为2V,为了使灯两端电压达到3.8V,必须将滑片向右(左/右)调节;当小灯泡正常发光时,电流表示数如图丙,则灯泡的额定功率为1.52 W;
(5)完成上述实验后,小明把小灯泡更换成定值电阻(如图丁),利用原电路继续探究“电流与电阻”的关系:实验时,小明先将5Ω电阻接入电路,调节滑动变阻器使电压表示数为2V,记下对应的电流;再将5Ω的电阻更换为10Ω电阻,将滑动变阻器适当向左(左/右)移动,使电压表示数仍为2V;当小明再换接15Ω电阻时,发现无论怎样调节滑动变阻器,都不能使电压表示数为2V,分析其可能的原因滑动变阻器最大阻值太小(答出一种情况即可).请你在不增减器材的条件下帮小明解决这个问题,完成实验,你的方法是:把R两端电压调到2.5V;
(6)测量结束后,应断开开关,先拆除电源两端的导线,再拆除其他导线.

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