Question

4．小明做“测定小灯泡的电功率”实验，现有电源（电压为1.5伏的整数倍）、标有“0.3安”字样的待测小灯泡、电流表、标有“50Ω 2A”、“20Ω 2A”滑动变阻器各一个、电键以及导线若干，小灯泡的额定功率不大于1瓦．小明选取其中一个滑动变阻器连接了一个电路，并将变阻器的滑片置于阻值最大处．小明发现闭合电键前，小灯泡已经发出比较暗的光，闭合电键后，小灯泡不亮，电流表示数为0.3安．经过思考，小明断开电键，移动滑片，当小灯泡正常发光时，滑片恰好在中点上．
①请画出小明的实验电路图
②请根据相关信息计算小灯的额定功率．

Answer 1

分析 ①根据题意判断开关的连接状态和滑动变阻器的滑片位置．
②根据额定电功率的范围确定额定电压的范围；由滑动变阻器的两个值判断出变阻器两端的电压，根据串联电路的电压关系结合电源电压为2V的整数倍确定电源电压及变阻器的规格；计算出变阻器两端的电压，根据电源电压，得出灯泡的额定电压，由P=UI计算出其额定电功率．

解答 解：①将电流表、变阻器与灯泡串联，开关与灯泡并联，滑动变阻器滑片位于阻值最大处．如图所示：

②若R_滑=20Ω，则电源电压为：U=U_滑=I_滑R_滑=0.3A×20Ω=6V．
断开开关时，灯泡和滑动变阻器串联，此时滑动变阻器的电压为：
U_滑=0.3A×10Ω=3V．
当小灯泡正常发光时：U_额=U-U_滑=6V-3V=3V．
小灯泡的额定功率为：P_额=U_额I_额=3V×0.3A=0.9W．
若R_滑=50Ω，则电源电压为：U=U_滑=I_滑R_滑=0.3A×50Ω=15V．
断开开关时，灯泡和滑动变阻器串联，此时滑动变阻器的电压为：
U_滑=0.3A×25Ω=7.5V．
当小灯泡正常发光时：U_额=U-U_滑=15V-7.5V=7.5V．
小灯泡的额定功率为：P_额=U_额I_额=7.5V×0.3A=2.25W．（不符合题意，舍去）
答：（1）见上图．（2）额定功率为0.9W．

点评 本题是测量灯泡的额定电功率实验，主要考查了欧姆定律在串联电路中的应用，根据已知条件确定变阻器的阻值及电源电压是解决本题的突破口，有一定难度．