题目内容

9.小红做“测量小灯泡的电功率”的实验,电源电压保持不变,实验器材齐全且完好,小灯泡的额定电流为0.2A,额定电压值看不清楚.
(1)小红正确串联实验器材,并将滑片放置与变阻器的一端,然后将电压表并联在电路中.闭合开关后,两电表的示数如图所示,在移动变阻器的滑片到另一端的过程中,观察到电流表的示数逐渐增大,但始终小于0.6A,而电压表的示数始终保持不变,则她在连接电路时存在的问题是电压表与电源并联(或电压表测电源电压、电压表接在电源两端).
(2)思考后小红重新实验,她正确连接电路,操作步骤正确,闭合开关后,发现两电表指针所指的刻度仍与图所示一致,继续移动变阻器的滑片,当电流表的示数为0.2A时,变阻器的滑片恰好位于中心位置,此时小灯泡正常发光,则小灯泡的额定电压是2.5V,额定功率为0.5W.
(3)滑动变阻器在该实验中可以起到保护电路的作用,而且还可以起到改变灯泡两端的电压(或改变电路中的电流,从而改变灯泡两端的电压)作用.

分析 (1)闭合开关,电压表与电流表都有示数,且示数正常,说明电路即不存在断路也不存在短路;移动滑动变阻器滑片,电流表示数变化,说明滑动变阻器连接正确,而电压表示数不变,说明电压表测电源电压,电压表并联在电源两端;
(2)根据正确连接电路,操作步骤正确隐含的条件,由串联电路电压的规律,判断电压表量程确定此时电压表的数及电源电压;
根据欧姆定律,由电流小于0.6A确定电流表量程,读出电流表的示数,根据串联电路的规律和欧姆定律求出变阻器的最大电阻;
当电流表的示数为0.2A时,变阻器的滑片恰好位于中心位置,由串联电路的规律和欧姆定律求出灯的额定电压;
根据P额=U额定I求灯的额定功率.
(3)滑动变阻器在电路中可以保护电路,还可以改变灯的两端电压的作用.

解答 解:(1)闭合开关,电压表与电流表都有示数,移动滑动变阻器滑片电流表示数发生变化,电路电流变化,如果如果电压表连接正确,并联在待测电阻两端,则电压表示数应该变化,而现在电路电流变化,电压表示数不变,说明电压表测的不是待测电阻两端的电压,而是测电源电压,电压表与电源并联(或电压表测电源电压、电压表接在电源两端);
(2)思考后小红重新实验,她正确连接电路,操作步骤正确,说明电压表并联在灯的两端,变阻器连入电路中的电阻最大,闭合开关后,发现两电表指针所指的刻度仍与图所示一致,根据串联电路电压的规律,此时电压表的示数一定小于(1)中的电压表示数,故此时电压表示数按小量程读数,分度值为0.1V,示数为U1=1.5V,(1)中电压表按大量程读数(分度值为0.5V),故电源电压为7.5V;
因电路中电阻最大,电路中电流最小,应小于(1)中的0.6A,故按电流表小量程读数(分度值为0.02A),示数为I1=0.12A;
根据串联电路电压的规律,变阻器的电压:
U滑=U-U1=7.5V-1.5V=6V,
根据串联电路电流的规律结合欧姆定律,变阻器的最大电阻:
R滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{1}}=\frac{6V}{0.12A}$=50Ω;
继续移动变阻器的滑片,当电流表的示数为0.2A时,变阻器的滑片恰好位于中心位置,
此时变阻器连入电路中的电阻:
R中=$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω,
此时小灯泡正常发光,电路中的电流为I=0.2A;
由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$,变阻器的电压:
U滑中=R中I=25Ω×0.2A=5V,
由串联电路电压的规律,因此时小灯泡正常发光,
灯的额定电压:
U额定=U-U滑中=7.5V-5V=2.5V;
灯的额定功率:
P额=U额定I=2.5V×0.2A=0.5W;
(3)滑动变阻器在该实验中可以起到保护电路的作用,而且还可以起到:改变灯泡两端的电压(或改变电路中的电流,从而改变灯泡两端的电压)的作用.
故答案为:
(1)电压表与电源并联(或电压表测电源电压、电压表接在电源两端);
(2)2.5;0.5;
(3)改变灯泡两端的电压(或改变电路中的电流,从而改变灯泡两端的电压).

点评 本题测量小灯泡的电功率,考查串联电路的规律及欧姆定律、电功率公式的灵活运用及分析推理能力,难度大,综合性强,解题的关键是发掘题中隐含的条件.

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