Question

12．小華同學(xué)做“測小燈泡電功率”實驗，所用器材：電源、小燈（標(biāo)有“2.2V”字樣且額定功率小于1瓦）、滑動變阻器（“20Ω  1A”或“10Ω  2A”）、電壓表、電鍵及若干導(dǎo)線，所有器材均完好．
①小華正確串聯(lián)實驗器材，并將滑片置于變阻器一端，然后將電壓表并聯(lián)在電路中．閉合電鍵，電壓表的示數(shù)如圖所示．接著移動變阻器的滑片，觀察到電壓表示數(shù)減小直至為零，此時小燈損壞．則他在連接電路時存在的問題是電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端．
②小華換相同規(guī)格的小燈重新實驗，他連接好電路，并將滑片置于變阻器一端，閉合電鍵后，發(fā)現(xiàn)電壓表指針?biāo)�指位置與圖所示一致．接著他移動變阻器的滑片，觀察到小燈逐漸變亮，電壓表示數(shù)逐漸變大．當(dāng)小燈正常發(fā)光時，滑片P的位置恰好在中點上（即變阻器連入電路的電阻為最大阻值的一半）．
Ⅰ．求電源電壓．6V．
Ⅱ．通過計算判斷所選變阻器的規(guī)格，并求出小燈的額定功率．0.836W．

Answer 1

分析 ①正確串聯(lián)實驗器材，滑片應(yīng)處于最大值那端，閉合電鍵后根據(jù)電表和燈泡的情況分析判斷．
②Ⅰ、根據(jù)①②兩種情況電壓表示數(shù)，利用串聯(lián)電路的電壓特點可求得電源電壓；
Ⅱ、由滑片P右點時，燈泡正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律以及電功率公式分析判斷使用的滑動變阻器規(guī)格，并求出小燈泡的額定功率．

解答 解：
①正確串聯(lián)實驗器材，正確操作滑片應(yīng)處于最大值那端．由圖電壓表的示數(shù)可能是1V或5V，所以移動滑片應(yīng)減小變阻器連入阻值，變阻器兩端電壓減小，燈泡電壓增大．
但題中觀察到電壓表示數(shù)減小直到為0，說明電壓表不是測燈泡兩端電壓，而是測滑動變阻器兩端電壓，所以燈泡電壓增大，以致超過其額定電壓燒壞燈泡．
②Ⅰ、換相同規(guī)格的小燈重新實驗，并將滑片置于變阻器一端，閉合電鍵后，發(fā)現(xiàn)電壓表指針?biāo)�指位置與圖所示一致．接著他移動變阻器的滑片，觀察到小燈逐漸變亮，電壓表示數(shù)逐漸變大．說明此時的電壓表測燈泡兩端電壓，即U_L=1V；
因為器材完全一致，在①中電壓表測變阻器電壓時，示數(shù)應(yīng)為5V，若是1V，總電壓U=U_L+U_變=1V+1V=2V，而燈泡額定電壓2.2V，則燈泡無法正常工作，不合題意．
由此電源電壓U=U_L+U_變=1V+5V=6V；
Ⅱ、根據(jù)P=UI，
燈泡正常發(fā)光的電流：I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$＜$\frac{1W}{2.2W}$=0.45A，
若使用“10Ω  2A”的變阻器，燈泡正常發(fā)光時，R_滑=$\frac{1}{2}$×10Ω=5Ω，
I=I_滑=$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{滑}}$=$\frac{6V-2.2V}{5Ω}$=0.76A＞I_額（不合題意）；
若使用“20Ω  1A”的滑動變阻器，燈泡正常發(fā)光時，R_滑=$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，
I=I_滑=$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{滑}}$=$\frac{6V-2.2V}{10Ω}$=0.38A，
所以燈泡的額定功率：
P_額=U_額I_額=2.2V×0.38A=0.836W．
故答案為：①電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端；②Ⅰ、6V；Ⅱ、0.836W．

點評 本題考查了利用串聯(lián)電路特點、歐姆定律和電功率公式的應(yīng)用，難點是器材不變情況下根據(jù)電路特點和已知條件分析得出電源，從而確定使用變阻器的規(guī)格．