Question

10．小華做“測定小燈泡電功率”的實驗．現(xiàn)有電源、待測小燈（標(biāo)有“2.5V”字樣、額定功率在1瓦以上）、電壓表、電流表、滑動變阻器、電鍵以及導(dǎo)線若干．他正確串聯(lián)實驗器材，然后將電壓表并聯(lián)在電路中．閉合電鍵，移動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化范圍為0.06A～0.2A、電壓表示數(shù)變化范圍為0～1.2V，小燈始終無法正常發(fā)光．他經(jīng)過思考得出原因所在，于是對實驗器材進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，重新正確連接電路，實驗步驟正確，剛閉合電鍵時，電流表和電壓表的示數(shù)如圖所示．移動滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)變阻器的滑片恰好在中點時，小燈正常發(fā)光．

①測定小燈的額定功率需要測量和記錄的物理量是額定電壓和額定電流．
②小華原來實驗時小燈始終無法正常發(fā)光的原因是電源電壓小于燈泡的額定電壓，并畫出小華剛開始實驗時的電路圖．
③小燈正常發(fā)光時電源電壓為7.5伏，小燈的額定功率為1.25瓦．

Answer 1

分析 ①根據(jù)測功率的原理P=UI回答；
②他正確串聯(lián)實驗器材，移動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化范圍為0.06A～0.2A、電壓表示數(shù)變化范圍為0～1.2V，判斷電壓表的連接位置；小燈始終無法正常發(fā)光，說明電源電壓小于燈泡的額定電壓；
③根據(jù)當(dāng)電路中電阻最大，電流最小時，由歐姆定律，求出變阻器的最大電阻；
為保護電路，變阻器連入電路中的電阻最大，根據(jù)電表小量程讀數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律求電源電壓
根據(jù)滑片移動到中點時，小燈正常發(fā)光，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及歐姆定律求額定電流，根據(jù)P=UI求額定功率．

解答 解：①根據(jù)P=UI，測定小燈的額定功率需要測量和記錄的物理量是：額定電壓和額定電流；
②他正確串聯(lián)實驗器材，然后將電壓表并聯(lián)在電路中．閉合電鍵，移動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化范圍為0.06A～0.2A、電壓表示數(shù)變化范圍為0～1.2V，可知電壓表并聯(lián)在變阻器兩端了（若并聯(lián)在燈的兩端電壓不可能為0）；小華剛開始實驗時的電路圖如下所示：

小燈始終無法正常發(fā)光，即包括當(dāng)變阻器連入電路中的電阻為0時，電源電壓全部加在燈的兩端，說明電源電壓小于燈泡的額定電壓；
③由分壓原理可知，變阻器連入電路的阻值最大時，電壓表示數(shù)最大為1.2V，此時電流最小，即為0.06A，
可知，變阻的最大電阻R_滑=$\frac{U′}{I′}=\frac{1.2V}{0.06A}$=20Ω；
重新正確連接電路（將電壓表并聯(lián)在燈的兩端），實驗步驟正確，變阻器全部電阻連入電路中，剛閉合電鍵時，電流表和電壓表的示數(shù)如圖所示，圖中電表均選用小量程，電壓表和電流表示數(shù)分別1.5V、0.3A，則變阻器的電壓U_滑=IR_滑=0.3A×20Ω=6V；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，則電源電壓為U=6V+1.5V=7.5V；
發(fā)現(xiàn)當(dāng)變阻器的滑片恰好在中點時，小燈正常發(fā)光，變阻器連入電路中的電阻為R′_滑=10Ω，
由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律，通過變阻器的電流I_L=$\frac{U{-U}_{L}}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{7.5V-2.5V}{10Ω}$=0.5A，
則燈的額定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.5A=1.25W
故答案為：①額定電壓和額定電流；
②電源電壓小于燈泡的額定電壓，如上所示；
③1.25．

點評 本題測定小燈泡電功率，考查實驗原理、及串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律的靈活運用及推理的能力，關(guān)鍵是發(fā)掘隱含的條件，有難度．對學(xué)生的能力要求高．