Question

17．某物理兴趣小组利用如图甲所示电路图进行如下的实验研究：测定标有“3.6V”字样小灯泡的功率及定值电阻R的阻值．

（1）测定定值电阻R的阻值：闭合S₁、S₂，断开S₃．画出此时的电路图，在电路图中标出电表的“+”“-”接线柱．小组同学设计的记录数据的表格如下．表格设计的不足之处是：没有设计电阻的平均值． 改正不足后，测出R=8Ω．

物理量 实验次数	电压U/V	电流I/A	电阻R/Ω
1
2
3

（2）闭合S₁、S₃，断开S₂，调节滑动变阻器，测量灯泡L两端的电压和电流，根据测量数据绘制成如图乙的U-I关系图象．由图象分析，当电压表示数为2V时，灯泡L的电功率P_L=0.8W；图象中所绘图象是一条曲线，其原因是：灯泡的电阻会随温度的变化而变化．
（3）若在进行（2）时发现电压表突然损坏，该组同学手边有多余电流表但无电压表，为了测出小灯泡的额定功率，小明灵机一动，设计了如丙的电路图；并进行如下操作：①调节滑片至阻值最大处，并同时闭合S₁、S₂、S₃；②调节滑动变阻器的滑片，直至电流表A₁的示数为0.45A时，记下电流表A的示数1.0A（如图丁）；③根据公式计算出灯的额定功率为1.98W．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电压表测R两端的电压，电流表测串联电路的电流，分别根据其两端的电压和对应的电流利用欧姆定律求出电阻，再利用多次测量求出平均值算出电阻R的阻值．
（2）闭合S₁、S₃，断开S₂，电压表测量灯泡两端的电压，电流表测量电路总电流，当电压表示数为2V时，从图象上找到对应的电流，根据公式P=UI可求灯泡的电功率；另外灯丝的电阻值随着灯丝温度的变化而变化．
（3）图丙中，三个开关都闭合时，灯泡和电阻R并联，因此两端电压相等；知道灯泡的额定电压和定值电阻的阻值，由此求出通过定值电阻的电流；
电流表A测量的是干路电流，等于支路电流之和，从而确定了电流表A选择的量程和读数，也能求出通过灯泡的电流，最后根据P=UI计算出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）闭合S₁、S₂，断开S₃，小灯泡L未接入电路，电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出，电路图如下：

表格设计的不足之处是没有设计电阻的平均值；
（2）由图乙所示图象可知，当电压为2V时，对应的电流为0.4A，
因此灯泡L的电功率：P_L=UI=2V×0.4A=0.8W．
由于灯丝的电阻受温度的影响，因此图象中所绘图象是一条曲线．
（3）丙图中，当同时闭合S₁、S₂、S₃时，灯泡L和定值电阻R并联，两端电压相等；
当灯泡两端电压达到额定电压3.6V时，定值电阻两端电压也等于3.6V；
此时通过定值电阻的电流，也就是电流表A₁的示数为：I₁=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.6V}{7.5Ω}$=0.8A；
电流表A测量的是干路电流，因此它的电流值要大于A₁的示数，所以它选择的是0～3A量程，丁图中电流表的读数为1A；
因此通过小灯泡L的电流I′=1A-0.45A=0.55A；
所以小灯泡的额定功率P=UI′=3.6V×0.55A=1.98W．
故答案为：（1）见上图；没有设计电阻的平均值．
（2）0.8；灯泡的电阻会随温度的变化而变化．
（3）0.45；1.0；1.98．

点评 本题综合了伏安法测电阻和测功率，考查电阻、电流以及电功率的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，难点是对电路结构的分析．