Question

10．小华做“测定小灯泡电功率”的实验．现有电源、待测小灯（标有“2.5V”字样、额定功率在1瓦以上）、电压表、电流表、滑动变阻器、电键以及导线若干．他正确串联实验器材，然后将电压表并联在电路中．闭合电键，移动变阻器的滑片，发现电流表示数变化范围为0.06A～0.2A、电压表示数变化范围为0～1.2V，小灯始终无法正常发光．他经过思考得出原因所在，于是对实验器材进行了适当调整，重新正确连接电路，实验步骤正确，刚闭合电键时，电流表和电压表的示数如图所示．移动滑片，发现当变阻器的滑片恰好在中点时，小灯正常发光．

①测定小灯的额定功率需要测量和记录的物理量是额定电压和额定电流．
②小华原来实验时小灯始终无法正常发光的原因是电源电压小于灯泡的额定电压，并画出小华刚开始实验时的电路图．
③小灯正常发光时电源电压为7.5伏，小灯的额定功率为1.25瓦．

Answer 1

分析 ①根据测功率的原理P=UI回答；
②他正确串联实验器材，移动变阻器的滑片，发现电流表示数变化范围为0.06A～0.2A、电压表示数变化范围为0～1.2V，判断电压表的连接位置；小灯始终无法正常发光，说明电源电压小于灯泡的额定电压；
③根据当电路中电阻最大，电流最小时，由欧姆定律，求出变阻器的最大电阻；
为保护电路，变阻器连入电路中的电阻最大，根据电表小量程读数，根据串联电路的规律及欧姆定律求电源电压
根据滑片移动到中点时，小灯正常发光，由串联电路电压的规律及欧姆定律求额定电流，根据P=UI求额定功率．

解答 解：①根据P=UI，测定小灯的额定功率需要测量和记录的物理量是：额定电压和额定电流；
②他正确串联实验器材，然后将电压表并联在电路中．闭合电键，移动变阻器的滑片，发现电流表示数变化范围为0.06A～0.2A、电压表示数变化范围为0～1.2V，可知电压表并联在变阻器两端了（若并联在灯的两端电压不可能为0）；小华刚开始实验时的电路图如下所示：

小灯始终无法正常发光，即包括当变阻器连入电路中的电阻为0时，电源电压全部加在灯的两端，说明电源电压小于灯泡的额定电压；
③由分压原理可知，变阻器连入电路的阻值最大时，电压表示数最大为1.2V，此时电流最小，即为0.06A，
可知，变阻的最大电阻R_滑=$\frac{U′}{I′}=\frac{1.2V}{0.06A}$=20Ω；
重新正确连接电路（将电压表并联在灯的两端），实验步骤正确，变阻器全部电阻连入电路中，刚闭合电键时，电流表和电压表的示数如图所示，图中电表均选用小量程，电压表和电流表示数分别1.5V、0.3A，则变阻器的电压U_滑=IR_滑=0.3A×20Ω=6V；根据串联电路电压的规律，则电源电压为U=6V+1.5V=7.5V；
发现当变阻器的滑片恰好在中点时，小灯正常发光，变阻器连入电路中的电阻为R′_滑=10Ω，
由串联电路电压的规律和欧姆定律，通过变阻器的电流I_L=$\frac{U{-U}_{L}}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{7.5V-2.5V}{10Ω}$=0.5A，
则灯的额定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.5A=1.25W
故答案为：①额定电压和额定电流；
②电源电压小于灯泡的额定电压，如上所示；
③1.25．

点评 本题测定小灯泡电功率，考查实验原理、及串联电路的规律及欧姆定律的灵活运用及推理的能力，关键是发掘隐含的条件，有难度．对学生的能力要求高．