Question

3．某興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，電源為可調(diào)壓直流學(xué)生電源，電壓表量程為“0～15V”，電流表量程為“0～0.6A”，小燈泡標(biāo)有“6V  12W”字樣，R₀為20Ω的定值電阻．小組根據(jù)記錄的電流表和電壓表示數(shù)變化，描繪出U-I關(guān)系圖，如圖乙所示．則：
（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻？
（2）當(dāng)電壓表示數(shù)為3V時(shí)，電阻R₀在2分鐘內(nèi)消耗的電能？
（3）調(diào)節(jié)電源電壓，燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時(shí)，燈泡的實(shí)際電功率？

Answer 1

分析 （1）知道燈泡的額定電壓和額定功率，可利用公式R=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$計(jì)算出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻．
（2）從甲圖可知，小燈泡與電阻R₀并聯(lián)，電壓表測(cè)量的是電源電壓，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)可以知道各支路兩端電壓，知道電阻R₀的阻值，所以根據(jù)I=$\frac{U}{R}$即可求出通過電阻R₀的電流，又知道通電時(shí)間，可利用公式Q=I²Rt計(jì)算2分鐘電阻R₀產(chǎn)生的熱量．
（3）從乙圖中讀出電路消耗的功率為0.8W時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表示數(shù)，進(jìn)而可求出通過定值電阻的電流大小，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)，進(jìn)一步可求出通過燈泡的電流大小，然后根據(jù)P=UI計(jì)算出其實(shí)際功率．

解答 解：
（1）由題意可知U_額=6V，P_額=1.2W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為：
R=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{{（6V）}^{2}}{12W}$=3Ω；
（2）從甲圖可知，小燈泡與電阻R₀并聯(lián)，
當(dāng)電壓表的示數(shù)為3V，即U=U_L=U₀=3V，
而R₀=20Ω，
所以通過R₀的電流為：I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
2min電阻R₀產(chǎn)生的熱量為：Q=I₀²R₀t=（0.15A）²×20Ω×2×60s=54J；
（3）當(dāng)電路消耗的總功率為0.8W，由P=UI，從乙圖中可以看出，電流表和電壓表的示數(shù)為0.4A和2V；
此時(shí)通過定值電阻R₀的電流為：I₀′=$\frac{U′}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
通過燈泡的電流為：I_L′=I-I₀′=0.4A-0.1A=0.3A，
所以燈泡的實(shí)際功率為：P_L實(shí)=U′I_L′=2V×0.3A=0.6W．
答：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻是3Ω；
（2）當(dāng)電壓表示數(shù)為3V時(shí)，電阻R₀在2min內(nèi)消耗的電能是54J；
（3）小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時(shí)，小燈泡的實(shí)際電功率為0.6W．

點(diǎn)評(píng) 知道并聯(lián)電路的特點(diǎn)，會(huì)根據(jù)電功率的計(jì)算公式計(jì)算電阻和實(shí)際功率，并且能夠熟練應(yīng)用歐姆定律．要注意的是，在（3）題中，若直接根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻進(jìn)行計(jì)算，就忽略了溫度對(duì)于燈絲阻值的影響，這樣的解法是不正確的．