Question

14．某同学到实验室做“测量小灯泡功率”的实验．已知待测小灯泡的额定电压为2.5V，通过的最大电流不能超过0.3A，实验室有如下器材可以选择：
A．电源E（电压为6V） B．电流表A（0～0.6A，0～3A） C．电压表（0～3V，0～15V） D．滑动变阻器R₁（5Ω，0.3A）  E．滑动变阻器R₂（50Ω，0.5A） F．滑动变阻器R₃（500Ω，1A） G．开关S，导线若干．
（1）请你帮他在答题纸上虚线框内画出本实验应该采用的实验电路图；
（2）实验中应该选用最合适的滑动变阻器是E（选填器材代号）；
（3）连接电路经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某一位置，电流表和电压表的示数分别如图甲、乙所示，则小灯泡两端电压为1.8V，流过小灯泡的电流是0.22A，此时小灯泡的功率是0.40（精确到小数点后两位）W．
（4）改变滑动变阻器的阻值，多次测量通过小灯泡的电流和它两端的电压，根据记录的数据，该同学画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系如图丙，根据图象可知，小灯泡正常工作时的电阻为10Ω（结果保留整数）．

Answer 1

分析 （1）掌握测量小灯泡电功率的电路图画法，电流表串联在电路中，电压表与灯泡并联，滑动变阻器调节灯泡的电压和电流并保护电路；
（2）根据电路电压的规律求出灯正常发光时滑动变阻器两端的电压为，根据欧姆定律求出灯泡的电阻不小于多少欧姆，由分压原理，求同滑动变阻器连入电路中的阻值至少为多少欧姆，考虑到电流因素，确定滑动变阻器的规格；
（3）确定电压表和电流表的量程和分度值，读出电流、电压值，根据公式P=UI计算出灯的功率；
（4）灯在额定电压下正常发光，从图象中确定额定电压及对应的电流值，根据欧姆定律计算出灯正常发光时的电阻．

解答 解：（1）要测量小灯泡的额定功率，需测出额定电压和电流，所以还要有滑动变阻器调节灯泡两端的电压，电路如图所示：

（2）由已知条件知，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V，所以滑动变阻器两端的电压为：
U=6V-2.5V=3.5V
灯泡的电阻不小于：
R=$\frac{{U}_{额}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω，
根据串联电路电压的规律，灯正常发光时，变阻器分得的电压：
U_滑=6V-2.5V=3.5V，变阻器分得的电压为灯的电压的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍，由分压原理，
滑动变阻器连入电路中的阻值至少为1.4×8.3Ω=11.6Ω＞5Ω，考虑到电流因素，由滑动变阻器的规格知，可选择规格为50Ω，0.5A的变阻器，即应该选用最合适的滑动变阻器是E；
（3）由图乙知，根据题意，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以示数为0.22A；
电压表量程应为0～3V，分度值为0.1V，示数为1.8V；
则灯的功率P=U′I′=1.8V×0.22A≈0.40W；
（4）由图象知，当灯的电压为2.5V时，电流表示数为0.25A，所以灯正常发光时的电阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω．
故答案为：（1）如上图所示；（2）E；（3）1.8V；0.22A；0.40；（4）10．

点评 本题测量小灯泡功率，考查电路的连接、对器材的要求、电表读数和功率及电阻的计算．