Question

15．小明在做“测定小灯泡的电功率”的实验时，实验器材齐全并完好，其中：电源电压为4.5伏且不变，待测小灯泡L标有“2.5V”字样，滑动变阻器R_p有“20Ω 2A”和“50Ω 1A”两种规格可选．他正确串联实验器材，闭合电键，逐步移动滑片P的位置，并观察电压表的示数，当电压表的示数分别高于、等于、低于2.5伏时，分别观察电流表的示数，并将实验数据记录在如表中．

实验 序号	电压 （伏）	电流 （安）
1	2.0	0.16
2	2.5	0.14
3	3.0	0.12

①请画出小明同学连接的实验电路图．

②小明实验中选用的滑动变阻器的规格为“50Ω 1A”，理由是滑动变阻器两端电压为3V时，滑动变阻器的阻值为25Ω，大于20Ω．
③请根据相关信息计算出小灯泡L的额定功率．（需写出计算过程）P_额=U_额I'=2.5V×0.16A=0.4W．

Answer 1

分析 ①由本实验的原理P=UI知，要测得灯泡两端电压和通过灯泡的电流，用滑动变阻器调节灯泡两端电压，闭合开关滑片移动，变阻器连入阻值由大到小变化，根据串联电路分压特点和电压表的示数分别高于、等于、低于2.5伏分析电压表所测电压，由此设计实验电路图；
②由表格数据，根据串联电路特点和欧姆定律计算变阻器连入的最大电阻值，从而确定其规格；
③由电路特点，找到灯泡电压等于额定电压时的电流，由P=UI计算其额定功率．

解答 解：
①测定小灯泡的电功率的实验原理是P=UI，电流表与灯泡串联，测灯泡两端电压和通过灯泡的电流，滑动变阻器与灯泡串联以调节灯泡两端电压，
为保护电路，闭合开关前滑片应阻值较大，由串联电路分压原理知，变阻器连入阻值越小时，分得电压越小．
由题知，逐步移动滑片P，而电压表的示数分别高于、等于、低于2.5伏，由此可知电压表测的是滑动变阻器两端电压，实验电路图如图所示：
；
②根据串联电路的分压原理，当变阻器连入阻值最大时，分得电压最大，由表格数据知，电压表示数最大为3V，
由欧姆定律可得此时变阻器连入阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{3V}{0.12A}$=25Ω＞20Ω，故变阻器应选择的规格是：“50Ω 1A”；
③由电路图，根据串联电路电压特点知，当灯泡两端电压等于额定电压2.5V时，变阻器两端电压：
U_R′=U-U_额=4.5V-2.5V=2V，
由表格数据可知，此时电路中电流：I'=0.16A，
所以灯泡的额定功率：
P_额=U_额I'=2.5V×0.16A=0.4W．
故答案为：
①见上图；
②“50Ω 1A”；滑动变阻器两端电压为3V时，滑动变阻器的阻值为25Ω，大于20Ω．
③P_额=U_额I'=2.5V×0.16A=0.4W．

点评 本题考查了实验电路的设计、滑动变阻器规格的选择以及功率的计算，由实验操作和已知条件确定电压表所测电压，从而设计出电路图是关键．