Question

9．小阳同学进行“测定小灯泡电功率”的实验，实验中使用的小灯泡上标有“2.5V”字样，滑动变阻器上标有“20Ω 2A”字样

（1）小阳连接的电路如图所示，实验步骤正确，闭合开关后，发现小灯泡发光较暗，电流表、电压表的示数如图所示，则他所用的电源电压为4.5V．接着他移动滑动变阻器的滑片P，当观察到电压表的示数为2.5V时，此时滑动变阻器的滑片恰好在中点上，小灯泡正常发光时的功率为0.5W．
（2）继续向左滑动变阻器的滑片，当小灯泡电压为1.25V时，小灯泡的功率大于于0.125W（选填“大于”“等于”或“小于”）．
（3）小阳将小灯泡取下，想探究“一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，手边有四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、25Ω），为了完成本实验，定值电阻两端电压至少应为2.5V．

Answer 1

分析 （1）实验步骤正确，闭合开关时滑动变阻器接入电路的阻值为滑动变阻器的最大阻值，读出电表示数，由公式U=IR及串联电路特点求出电源电压；
由串联电路特点求出电压表示数为2.5V时滑动变阻器两端电压，然后由欧姆定律求出电路电流，最后由电功率公式P=UI求出灯泡正常发光时的电功率．
（2）假设灯泡的电阻与灯泡两端电压成正比关系，据此求出小灯泡的实际功率，然后根据灯泡的电阻小于与电压成正比时的阻值进行分析；
（3）当定值电阻越大时，为保证其电压不变，变阻器连入电阻也越大，由此分析判断．

解答 解：（1）由图可知，电流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.14A；
由图（b）可知电压表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，电压表示数是1.7V；
闭合开关时，滑动变阻器的滑片在最大值处，接入电路的阻值R_滑=20Ω，
电源电压U=U_L+U_滑=U_V+IR_滑=1.7V+0.14A×20Ω=4.5V；
当电压表示数等于灯泡额定电压2.5V时，滑动变阻器两端的电压U_滑′=U-U_L额=4.5V-2.5V=2V，
滑片恰好在中点上，此时电路电流I′=$\frac{{U}_{滑}′}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{2V}{\frac{20Ω}{2}}$=0.2A，
所以灯泡正常发光时的功率P_额=U_额I′=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）为使灯泡两端电压减小为1.25V，应增大变阻器分得的电压，应增大变阻器接入电路的阻值，故滑片应向左滑动；
灯泡正常发光的电阻：R_L=$\frac{{U}_{额}}{I′}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，
若灯丝的电阻不变，灯泡两端电压为1.25V时，通过灯泡的电流为$\frac{1}{2}$×0.2A=0.1A，
则此时灯泡的功率：P=UI=1.25V×0.1A=0.125W；
但灯丝的电阻受温度影响，且灯丝电阻随温度的降低而减小，灯泡两端电压为1.25V时，根据P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$可知，灯泡的实际功率增大，其实际功率大于0.125W；
（3）要探究电流与电阻的关系，需保持电阻两端的电压不变，当电阻为25Ω时，所需滑动变阻器的阻值最大，则此时电压表的示数（定值电阻两端电压）：
U_V=U_R=$\frac{U}{R+{R}_{滑最大}}$•R=$\frac{4.5V}{25Ω+20Ω}$×25Ω=2.5V．
故答案为：（1）4.5；0.5；（2）左；大于；（3）2.5．

点评 本题考查了求电源电压、灯泡功率、电路故障分析等问题，熟练应用串联电路特点及欧姆定律、电功率公式是正确解题的关键．