题目内容

13．在“测定小灯泡的电功率”实验中，电源电压为6V，小灯泡L的额定电压为2.5V，电阻大约为20Ω，可供选用的滑动变阻器R1和R 2的最大阻值分别为20Ω、40Ω，实验电路如图（1）所示．

（1）请用笔画线代替导线将电路图（1）连接完整，要求向左移动滑片时电压表示数变小；经过判断可知本实验应该选用的滑动变阻器是R2（选填“R1”或“R2”）．
（2）如图（2）是根据实验数据绘成的U-I图象．根据图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W；某同学误将电压表并联在滑动变阻器的两端，如图（3）所示，他从滑片置于最右端时开始记录第1组数据，逐渐调节滑片测得多组数据并描绘出U-I图象如图（4）所示．实际上小灯泡两端的电压太高会缩短灯泡的寿命，为使实验中小灯泡两端电压不超过3.5V，则滑动变阻器接入电路的最小阻值为13.9Ω（保留一位小数）．
（3）完成上述实验后，小聪向老师要了一个已知阻值为R 0的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图（5）所示的电路，也测出了灯泡的额定功率．请完成下列实验步骤：
①闭合开关S1，S 2与触点1接触，调节滑动变阻器，使电流表A的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关S1，S 2与触点2接触，读出电流表示数为I；
③灯泡的额定功率表达式P额=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）（用已知量与测量量表示）．

分析 （1）本实验中电流表、灯泡和滑动变阻器串联，由滑片左移电压表变小确定滑动变阻器的接线，由灯泡正常工作电流判断电流表量程的选择；
根据串联电路特点和欧姆定律计算灯泡发光时变阻器连入电路的阻值，从而确定变阻器的规格；
（2）由图象读出灯泡电压2.5V时的电流，由P=UI计算灯泡的额定功率；
为使实验中小灯泡两端电压不超过3.5V，根据分压原理，滑动变阻器分得最小电压不可小于2.5V，故由图2读出此时的电流，即可根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最小阻值；
（3）根据串联电路特点和欧姆定律，找到灯泡正常发光电流，即可计算出灯泡的额定功率，由此分析解答．

解答 解：
（1）测定小灯泡的电功率实验中，应将电流表、灯泡和变阻器串联，滑片左移电压表示数变小，说明电路中电流变小，电阻变大，所以应将B接线接入电路中；
灯泡正常发光电流约为：I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{20Ω}$=0.125A，所以电流表应使用0-0.6A量程．实物连接如图所示：
；
由串联电路特点和欧姆定律可得灯泡发光时变阻器连入电路的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.125A}$=28Ω，所以应选择滑动变阻器R2；
（2）灯泡电压等于其额定电压时正常发光，由图象知灯泡电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.2A，
所以灯泡的额定功率：P额=U额I=2.5V×0.2A=0.5W；
为使实验中小灯泡两端电压不超过3.5V，根据串联电路的总电压等于串联的各分电压之和可得：滑动变阻器分得最小电压U滑最小=U-UL最大=6V-3.5V=2.5V，
由图2可知：U滑=2.5V时，I最大=0.18A，
根据欧姆定律得变阻器的最小阻值为：R滑最小=$\frac{{U}_{{R}_{最小}}}{{I}_{最大}}$=$\frac{2.5V}{0.18A}$≈13.9Ω；
（3）实验步骤：
①闭合开关S1，S 2与触点1接触，调节滑动变阻器，使电流表A的示数为：I=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关S1，S 2与触点2接触，读出电流表示数为I；
③在步骤①中，灯与R0并联，电流表测R0的电流，移动滑片应使通过R0的电压：U0=I0R0=2.5V，此时灯泡正常发光，电流示数为：$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
在步骤②中，滑片位置不变，灯仍正常发光，电流表测灯与R0的总电流，所以通过灯泡的电流为：I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
所以灯泡的额定功率表达式P额=U额I额=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）见上图；R2；（2）0.5；13.9；（3）①$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；保持滑动变阻器滑片位置不变；读出电流表示数为I；③2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

点评 本题是测定小灯泡电功率的实验，考查了实物连接、灯泡额定功率的计算、串联电路特点和欧姆定律的应用，还考查了特殊方法测电阻，都是常考问题，要掌握好．

练习册系列答案
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