Question

8．小紅、小華兩位同學(xué)做“用電流表、電壓表測電阻”和“測定小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)．現(xiàn)有如下器材：電壓為3伏、6伏的電源各一個(gè)，標(biāo)有“10Ω  1A”、“20Ω  2A”字樣的滑動(dòng)變阻器各一個(gè)，標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡，待測電阻及其它所需器材．他們各自選擇不同電源、不同變阻器后，正確連接電路，實(shí)驗(yàn)步驟正確，閉合電鍵后，將電流表的示數(shù)記錄在各自表格的序號(hào)1中．接著各自移動(dòng)變阻器的滑片，兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)都為0.24安時(shí)，其中一位同學(xué)所做實(shí)驗(yàn)的小燈泡恰好正常發(fā)光．他們繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)，并記錄了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．表一、表二分別是他們的部分?jǐn)?shù)據(jù)，其中一位同學(xué)將變阻器滑片移動(dòng)到阻值最小處時(shí)記錄了實(shí)驗(yàn)序號(hào)3的數(shù)據(jù)．
表一 小紅

物理量 實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓U （伏）	電流I （安）
1		0.22
2		0.24
3	3.0	0.26

表二 小華

物理量 實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓U （伏）	電流I （安）
1		0.14
2	2.5	0.24
3		0.28

①實(shí)驗(yàn)“測定小燈泡的電功率”是哪位同學(xué)所做？求出小燈泡的額定功率．
②小紅同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所選電源電壓為多少伏？簡述理由．
③請將表一、表二填寫完整．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)“用電流表、電壓表測電阻”實(shí)驗(yàn)中的電阻是定值，“測定小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)中的電阻是變化的，根據(jù)表格一剛閉合開關(guān)時(shí)電路中電流的數(shù)據(jù)判斷電阻值的變化特點(diǎn)即可得出；
（2）根據(jù)電源與變阻器組合使用時(shí)測量的電阻不同利用假設(shè)法判斷；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律分別求出表一、表二中的電壓表示數(shù)．
根據(jù)一位同學(xué)將變阻器滑片移動(dòng)到阻值最小處時(shí)電壓表示數(shù)是電源電壓，判斷得出表二中的第三次測量中電壓表示數(shù)．

解答 解：①根據(jù)表一數(shù)據(jù)可知：第三次測量中，電阻R=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{3V}{0.26A}$≈10.7Ω；
由于電源電壓為3V和6V，滑動(dòng)變阻器是“10Ω  1A”和“20Ω  2A”的，
則當(dāng)小紅若是使用電源電壓為3V，滑動(dòng)變阻器是“10Ω  1A”，剛閉合開關(guān)時(shí)根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律可知：電阻為R=$\frac{3V}{0.22A}$-10Ω≈3.6Ω；
若是使用電源電壓為3V，滑動(dòng)變阻器是“20Ω  2A”，剛閉合開關(guān)時(shí)根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律可知：電阻為R=$\frac{3V}{0.22A}$-20Ω≈-6.4Ω；
當(dāng)小紅若是使用電源電壓為6V，滑動(dòng)變阻器是“10Ω  1A”，剛閉合開關(guān)時(shí)根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律可知：電阻為R=$\frac{6V}{0.22A}$-10Ω≈17.3Ω；
若是使用電源電壓為6V，滑動(dòng)變阻器是“20Ω  2A”，剛閉合開關(guān)時(shí)根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律可知：電阻為R=$\frac{6V}{0.22A}$-20Ω≈7.3Ω；
由此可知：小紅的實(shí)驗(yàn)中用電器的電阻值，與最后一次的電阻值都相差不較大，所以，小紅做的實(shí)驗(yàn)是“測定小燈泡的電功率”；
所以，電流表示數(shù)為0.24A時(shí)，小燈泡恰好正常發(fā)光；則P_額=U_額I_額=2.5V×0.24A=0.6W；
（2）由上分析可知：小紅使用器材不是：3V的電源“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器；
是由于燈泡的電阻隨溫度的升高而變大，所以剛閉合開關(guān)時(shí)燈泡的電阻是比較小的；則小紅使用器材不是：6V的電源和“10Ω  1A”的滑動(dòng)變阻器；
則使用器材是：6V的電源和“20Ω  2A”或3V的電源和“10Ω  1A”的滑動(dòng)變阻器；
若小紅使用器材是：3V的電源和“10Ω  1A”的滑動(dòng)變阻器；則小華使用器材是：6V的電源和“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器；
則小華剛閉合開關(guān)時(shí)待測電阻的阻值應(yīng)為R′=$\frac{6V}{0.14A}$-20Ω≈22.9Ω；
表二中第二次測量結(jié)果是：R₂′=$\frac{{U}_{2}′}{{I}_{2}′}$=$\frac{2.5V}{0.24A}$=-20Ω≈10.4Ω；
由于小華的實(shí)驗(yàn)是“用電流表、電壓表測電阻”，則電阻值是相同的，由于R′遠(yuǎn)大于R₂′，所以，小華使用器材不是：6V的電源“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器；
故小華使用器材是：3V的電源和“10Ω  1A”的滑動(dòng)變阻器；小紅使用器材是：6V的電源“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律可知：
表一：
第一次：U₁=U-I₁R_滑2=6V-0.22×20Ω=1.6V；
第二次：是燈泡正常工作；U₂=U_額=2.5V；
表二：
第一次：U₁′=U′-I₁′R_滑1=3V-0.14×10Ω=1.6V；
第三次：由于其中一位同學(xué)將變阻器滑片移動(dòng)到阻值最小處時(shí)，此時(shí)電壓表示數(shù)為電源電壓，而小紅的實(shí)驗(yàn)中雖然第三次的電壓表示數(shù)為3V，但不是電源電壓，所以，將變阻器滑片移動(dòng)到阻值最小處的是小華同學(xué)，故表二中的第三次測量中電壓表示數(shù)是3V．
答：①實(shí)驗(yàn)“測定小燈泡的電功率”是小紅做的；小燈泡的額定功率為0.6W；
②小紅選用的電源電壓U_電=6V；
原因是：小華使用器材若是6V的電源和“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器；測量的電阻值相差太大；
③錄了實(shí)驗(yàn)序號(hào)3的數(shù)據(jù)．
表一 小紅

物理量 實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓U （伏）	電流I （安）
1	1.6	0.22
2	2.5	0.24
3	3.0	0.26

表二 小華

物理量 實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓U （伏）	電流I （安）
1	1.6	0.14
2	2.5	0.24
3	3	0.28

點(diǎn)評(píng) 本題考查“用電流表、電壓表測電阻”和“測定小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)的不同，關(guān)鍵是知道用電流表、電壓表測電阻的實(shí)驗(yàn)中電阻是定值，測定小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)中燈泡的電阻是變化的．