Question

3．“伏安法”测小灯泡电阻的实验中，甲、乙两位同学所用的小灯灯泡及实验器材完全相同，估计小灯泡的额定功率约为1.5W左右．他们分别连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡正常发光时，两只滑动变阻器的滑片都恰好在中点上（即变阻器接入电路的电阻为5Ω）电流表所选用的量程都是0～0.6A．而两位同学观察到电压表的示数却不同，如图所示．

（1）请画出甲同学的实验电路图．
（2）甲同学电压表所选用的量程是0～3V．
（3）小灯泡的额定功率是0.3A，额定功率是1.35W．

Answer 1

分析 （1）和（2）根据小灯的额定功率在1.5瓦左右，电流表接在0～0.6安量程上，分析可知甲电压表选择的是0～3V量程，并且测量的不是小灯泡两端的电压，更不是电源电压，而是滑动变阻器的电压；乙电压表选择的是0～15V量程，并且测量的是小灯泡两端的电压．
（3）根据（2）的分析结合电压表的示数图可知，甲电压表测量的是滑动变阻器两端的电压，乙电压表测量的是小灯泡两端的电压；然后运用欧姆定律公式I=$\frac{U}{R}$和电功率公式P=UI计算出小灯泡的电功率．

解答 解：（1）甲、乙两位同学所用的小灯灯泡及实验器材完全相同，由于两位同学观察到电压表的示数不同，则电压表测量的电压不是同一个用电器两端的电压；
电路中的甲同学的电压表的示数可能为：1.5V或7.5V，乙同学的电压表的示数可能为：0.9V或4.5V；
若甲同学的电压表测量的是小灯泡两端的电压；
则当小灯泡两端的电压为1.5V，则滑动变阻器两端的电压为4.5V，则电路中的电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{4.5V}{5Ω}$=0.9A；
当小灯泡两端的电压为7.5V，则滑动变阻器两端的电压为0.9V，则电路中的电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{0.9V}{5Ω}$=0.4A，此时小灯泡的额定功率为P=UI=7.5V×0.4A=3W．
由于小灯的额定功率在1.5瓦左右，电流表所选用的量程都是0～0.6A．
所以，电路中的甲同学的电压表测量的是滑动变阻器两端的电压，乙电压表测量的是小灯泡两端的电压；
根据分析可知电路图如下：

（2）由于乙同学的电压表测量的是小灯泡两端的电压；
则当小灯泡两端的电压为0.9V，则滑动变阻器两端的电压为7.5V，则电路中的电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{7.5V}{5Ω}$=1.5A＞0.6A；
由于电流表所选用的量程都是0～0.6A．
所以乙同学的电压表量程不能为0～3V，应是0～15V；则甲同学电压表所选用的量程是0～3V；
（3）由上分析可知：滑动变阻器两端的电压是U_滑=1.5V，小灯泡两端的电压为U_L=4.5V；此时滑动变阻器的阻值R_滑=5Ω，因为小灯泡和滑动变阻器串联，所以灯泡额定电流I_额=I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A，
则此时小灯泡的额定功率为P=UI=4.5V×0.3A=1.35W．
故答案为：（1）如上图；（2）0～3；（3）0.3；1.35．

点评 本题考查了电压表的读数，能根据题目中给出的已知条件对电路做出准确的分析和判断，并对问题做出正确解答．