Question

9．小陽同學(xué)進行“測定小燈泡電功率”的實驗，實驗中使用的小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣，滑動變阻器上標(biāo)有“20Ω 2A”字樣

（1）小陽連接的電路如圖所示，實驗步驟正確，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光較暗，電流表、電壓表的示數(shù)如圖所示，則他所用的電源電壓為4.5V．接著他移動滑動變阻器的滑片P，當(dāng)觀察到電壓表的示數(shù)為2.5V時，此時滑動變阻器的滑片恰好在中點上，小燈泡正常發(fā)光時的功率為0.5W．
（2）繼續(xù)向左滑動變阻器的滑片，當(dāng)小燈泡電壓為1.25V時，小燈泡的功率大于于0.125W（選填“大于”“等于”或“小于”）．
（3）小陽將小燈泡取下，想探究“一定電壓下，電流與電阻的關(guān)系”的實驗中，手邊有四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、25Ω），為了完成本實驗，定值電阻兩端電壓至少應(yīng)為2.5V．

Answer 1

分析 （1）實驗步驟正確，閉合開關(guān)時滑動變阻器接入電路的阻值為滑動變阻器的最大阻值，讀出電表示數(shù)，由公式U=IR及串聯(lián)電路特點求出電源電壓；
由串聯(lián)電路特點求出電壓表示數(shù)為2.5V時滑動變阻器兩端電壓，然后由歐姆定律求出電路電流，最后由電功率公式P=UI求出燈泡正常發(fā)光時的電功率．
（2）假設(shè)燈泡的電阻與燈泡兩端電壓成正比關(guān)系，據(jù)此求出小燈泡的實際功率，然后根據(jù)燈泡的電阻小于與電壓成正比時的阻值進行分析；
（3）當(dāng)定值電阻越大時，為保證其電壓不變，變阻器連入電阻也越大，由此分析判斷．

解答 解：（1）由圖可知，電流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.14A；
由圖（b）可知電壓表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，電壓表示數(shù)是1.7V；
閉合開關(guān)時，滑動變阻器的滑片在最大值處，接入電路的阻值R_滑=20Ω，
電源電壓U=U_L+U_滑=U_V+IR_滑=1.7V+0.14A×20Ω=4.5V；
當(dāng)電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓2.5V時，滑動變阻器兩端的電壓U_滑′=U-U_L額=4.5V-2.5V=2V，
滑片恰好在中點上，此時電路電流I′=$\frac{{U}_{滑}′}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{2V}{\frac{20Ω}{2}}$=0.2A，
所以燈泡正常發(fā)光時的功率P_額=U_額I′=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）為使燈泡兩端電壓減小為1.25V，應(yīng)增大變阻器分得的電壓，應(yīng)增大變阻器接入電路的阻值，故滑片應(yīng)向左滑動；
燈泡正常發(fā)光的電阻：R_L=$\frac{{U}_{額}}{I′}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，
若燈絲的電阻不變，燈泡兩端電壓為1.25V時，通過燈泡的電流為$\frac{1}{2}$×0.2A=0.1A，
則此時燈泡的功率：P=UI=1.25V×0.1A=0.125W；
但燈絲的電阻受溫度影響，且燈絲電阻隨溫度的降低而減小，燈泡兩端電壓為1.25V時，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$可知，燈泡的實際功率增大，其實際功率大于0.125W；
（3）要探究電流與電阻的關(guān)系，需保持電阻兩端的電壓不變，當(dāng)電阻為25Ω時，所需滑動變阻器的阻值最大，則此時電壓表的示數(shù)（定值電阻兩端電壓）：
U_V=U_R=$\frac{U}{R+{R}_{滑最大}}$•R=$\frac{4.5V}{25Ω+20Ω}$×25Ω=2.5V．
故答案為：（1）4.5；0.5；（2）左；大于；（3）2.5．

點評 本題考查了求電源電壓、燈泡功率、電路故障分析等問題，熟練應(yīng)用串聯(lián)電路特點及歐姆定律、電功率公式是正確解題的關(guān)鍵．