Question

14．某同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測量小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)．已知待測小燈泡的額定電壓為2.5V，通過的最大電流不能超過0.3A，實(shí)驗(yàn)室有如下器材可以選擇：
A．電源E（電壓為6V） B．電流表A（0～0.6A，0～3A） C．電壓表（0～3V，0～15V） D．滑動變阻器R₁（5Ω，0.3A）  E．滑動變阻器R₂（50Ω，0.5A） F．滑動變阻器R₃（500Ω，1A） G．開關(guān)S，導(dǎo)線若干．
（1）請你幫他在答題紙上虛線框內(nèi)畫出本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該采用的實(shí)驗(yàn)電路圖；
（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選用最合適的滑動變阻器是E（選填器材代號）；
（3）連接電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置，電流表和電壓表的示數(shù)分別如圖甲、乙所示，則小燈泡兩端電壓為1.8V，流過小燈泡的電流是0.22A，此時(shí)小燈泡的功率是0.40（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）W．
（4）改變滑動變阻器的阻值，多次測量通過小燈泡的電流和它兩端的電壓，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，該同學(xué)畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系如圖丙，根據(jù)圖象可知，小燈泡正常工作時(shí)的電阻為10Ω（結(jié)果保留整數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）掌握測量小燈泡電功率的電路圖畫法，電流表串聯(lián)在電路中，電壓表與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器調(diào)節(jié)燈泡的電壓和電流并保護(hù)電路；
（2）根據(jù)電路電壓的規(guī)律求出燈正常發(fā)光時(shí)滑動變阻器兩端的電壓為，根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻不小于多少歐姆，由分壓原理，求同滑動變阻器連入電路中的阻值至少為多少歐姆，考慮到電流因素，確定滑動變阻器的規(guī)格；
（3）確定電壓表和電流表的量程和分度值，讀出電流、電壓值，根據(jù)公式P=UI計(jì)算出燈的功率；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，從圖象中確定額定電壓及對應(yīng)的電流值，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出燈正常發(fā)光時(shí)的電阻．

解答 解：（1）要測量小燈泡的額定功率，需測出額定電壓和電流，所以還要有滑動變阻器調(diào)節(jié)燈泡兩端的電壓，電路如圖所示：

（2）由已知條件知，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，所以滑動變阻器兩端的電壓為：
U=6V-2.5V=3.5V
燈泡的電阻不小于：
R=$\frac{{U}_{額}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常發(fā)光時(shí)，變阻器分得的電壓：
U_滑=6V-2.5V=3.5V，變阻器分得的電壓為燈的電壓的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍，由分壓原理，
滑動變阻器連入電路中的阻值至少為1.4×8.3Ω=11.6Ω＞5Ω，考慮到電流因素，由滑動變阻器的規(guī)格知，可選擇規(guī)格為50Ω，0.5A的變阻器，即應(yīng)該選用最合適的滑動變阻器是E；
（3）由圖乙知，根據(jù)題意，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以示數(shù)為0.22A；
電壓表量程應(yīng)為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為1.8V；
則燈的功率P=U′I′=1.8V×0.22A≈0.40W；
（4）由圖象知，當(dāng)燈的電壓為2.5V時(shí)，電流表示數(shù)為0.25A，所以燈正常發(fā)光時(shí)的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）E；（3）1.8V；0.22A；0.40；（4）10．

點(diǎn)評 本題測量小燈泡功率，考查電路的連接、對器材的要求、電表讀數(shù)和功率及電阻的計(jì)算．