题目内容

7．小红同学做“测定小灯泡的电功率”实验，小灯泡的额定电压为3.8伏，额定功率约1瓦左右，电源电压为1.5伏的整数倍且不变．她正确连接电路，将滑片移到滑动变阻器的某一端，闭合电键发现电压表、电流表的示数分别为3伏和0.2安，小灯泡的亮度偏暗．然后她向变阻器的另一端移动滑片，发现小灯泡继续变暗；当滑片到达另一端时，电流表、电压表的示数如图（a）、（b）所示．

（1）小红在器材选择以及操作过程中存在的问题分别是：选择的电源电压太小和闭合电键前滑片没有移至阻值最大处，她所使用的变阻器的最大阻值为20欧．
（2）经过思考分析，她改正了上述问题．为了准确测出小灯泡的额定功率，她还改进电路并进行实验．当移动变阻器的滑片到中点位置时，观察到小灯泡正常发光，此时电压表指针恰好位于某一刻度线上，则电源电压为6伏，小灯泡的额定功率为0.836瓦．

分析 （1）电源电压应大于灯泡额定电压，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于阻值最大处；
将滑片移到滑动变阻器的另一端，闭合电键，小灯泡的亮度偏暗，然后她向变阻器的另一端移动滑片，发现小灯泡继续变暗，小灯泡继续变暗说明电路电流继续减小，滑动变阻器接入电路的阻值逐渐变大，说明闭合开关时，滑动变阻器接入电路的阻值为零，闭合开关时电压表示数等于电源电压；
根据电压表与电流表示数，由欧姆定律可以求出灯泡阻值；由图示电表确定其量程与分度值，读出其示数，由串联电路特点与欧姆定律可以求出滑动变阻器阻值．
（2）灯泡额定电压电压是3.8V，如果电压表与灯泡并联，如果用小量程，灯泡正常发光时超过其量程，则电压表应该用大量程，大量程的分度值是0.5V，灯泡额定电压是3.8V，灯泡正常发光时，电压表指针不可能指在刻度线上，因此电压表应该与滑动变阻器并联，且电压表选用小量程；
由题意知，电流为0.2A时灯泡发光较暗，因此灯泡正常发光时的电流应大于0.2A，
根据串联电路特点及欧姆定律求出电源电压、灯泡正常发光时的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率．

解答 解：
（1）由题意可知，电源电压为3V，灯泡额定电压是3.8V，所选电源电压太小；
由题意可知，闭合开关时滑动变阻器接入电路的阻值为零，这是错误的，闭合开关前滑动变阻器滑片应置于最大阻值处；
电源电压是3V，电压表量程应该为0～3V，由图示电压表可知，其分度值是0.1V，示数为1V，
由图示电流表可知其示数为0.1A，由串联电路特点可知，滑动变阻器电压为3V-1V=2V，
由I=$\frac{U}{R}$可得滑动变阻器最大阻R滑最大=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.1A}$=20Ω．
（2）由题意可知，电压表与滑动变阻器并联，滑动变阻器滑片在中点，
则滑动变阻器接入电路的阻值为：R=$\frac{{U}_{滑最大}}{2}$=$\frac{20Ω}{2}$=10Ω，电源电压是1.5V的整数倍，
①如果电源电压为4.5V，则灯泡正常发光时滑动变阻器两端电压为4.5V-3.8V=0.7V，
电路电流I=$\frac{0.7V}{10Ω}$=0.07A＜0.2A，灯泡不能正常发光；
②如果电源电压为6V，灯泡正常发光时滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V，
电路电流I=$\frac{2.2V}{10Ω}$=0.22A，灯泡能正常发光，灯泡额定功率P=UI=3.8V×0.22A=0.836W；
③如果电源电压为7.5V，灯泡正常发光时滑动变阻器电压为7.5V-3.8V=3.7V，此时电路电流I=$\frac{3.7V}{10Ω}$=0.37A，
由I=$\frac{U}{R}$可得此时灯泡电阻RL=$\frac{3.8V}{0.37A}$≈10.27Ω＜15Ω，灯泡电阻随温度升高而增大，灯泡电阻不能小于15Ω，故电源电压不能为7.5V．
所以电源电压可能为：6V，灯泡额定功率可能为0.836W．
故答案为：
（1）选择的电源电压太小；闭合电键前滑片没有移至阻值最大处；20；
（2）6；0.836．

点评 本题考查了实验操作分析、求滑动变阻器阻值、求电源电压与灯泡额定功率等问题，由于不知道电源电压，本题难度较大，要根据题意进行推理，然后答题，解题时注意讨论．

练习册系列答案
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