Question

14．在學(xué)�？萍脊�(jié)上，甲、乙兩組同學(xué)各自設(shè)計了一個燈泡和滑動變阻器串聯(lián)的調(diào)光電路，同時還想研究燈泡亮度改變時電功率的變化情況，老師提供的器材有：“2.5V”和“3.8V”兩種規(guī)格的燈泡（燈絲電阻隨溫度的升高而增大）、滑動變阻器，電流表和電壓表、開關(guān)、導(dǎo)線若干、電源（電壓相等且保持不變）．兩組同學(xué)連接好電路后，調(diào)節(jié)滑片過程中電表示數(shù)都發(fā)生變化，當(dāng)兩組電路的燈泡都正常發(fā)光時，恰好電壓表示數(shù)均為 3.8V，電流表示數(shù)均為0.3A，并且甲組的燈泡比乙組的暗．
（1）請將甲組同學(xué)設(shè)計的電路圖補(bǔ)充完整（如圖）；
（2）兩組同學(xué)所使用的電源電壓是6.3V：
（3）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使兩組電路中小燈泡兩端的電壓均為2.5V時甲組（選 填“甲組”或“乙組”）燈較亮；
（4）乙組同學(xué)在研究燈泡電功率變化情況時，想通過測量來比較以下兩種情況燈泡電功率的大小關(guān)系：①燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電功率P₁；②燈泡實際電流 為額定電流一半時的電功率P₂．老師告訴他們不用測量也可以比較同學(xué)們經(jīng)過分析得出P₁與P₂間正確的關(guān)系是P₁大于P₂．

Answer 1

分析 （1）燈泡額定電壓一個是2.5V，一個是3.8V，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時電壓表示數(shù)都是3.8V，則測額定電壓為2.5V燈泡功率時，電壓表與滑動變阻器并聯(lián)；燈泡正常發(fā)光時的電流都是0.3A，則額定電壓為2.5V的燈泡實際功率小，燈泡較暗，由題意知，甲組燈泡比乙組燈泡暗，則甲組使用的是2.5V的燈泡，其電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，據(jù)此作出電路圖．
（2）甲燈額定電壓是2.5V，燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器電壓是3.8V，由串聯(lián)電路特點可以求出電源電壓．
（3）燈泡實際功率越大，燈泡越亮，求出電壓為2.5V時兩燈的實際功率，然后比較燈泡的亮度．
（4）如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的電流等于額定電流的一半，其實際功率等于額定功率的四分之一；實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電流大于額定電流的一半，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一；根據(jù)以上分析答題．

解答 解：（1）由題意可知，甲組使用的是額定電壓為2.5V的燈泡，電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，電路圖如圖所示．
（2）甲燈正常發(fā)光時燈泡兩端電壓為額定電壓2.5V，由題意知，滑動變阻器兩端電壓為3.8V，則電源電壓為2.5V+3.8V=6.3V．
（3）電壓為2.5V時，甲的實際功率P_甲=2.5V×0.3A=0.75W，因為I=$\frac{U}{R}$，所以燈泡乙的電阻R_乙=$\frac{{U}_{乙額}}{{I}_{乙額}}$=$\frac{3.8V}{0.3A}$≈12.67Ω，
電壓為2.5V時，乙的實際功率P_乙=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{乙}}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{12.67Ω}$≈0.49W，甲燈的實際功率大于乙燈的實際功率，則甲燈亮．
（4）燈泡實際電壓為其額定電壓一半時，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，它的實際功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_額，實際電流等于額定電流一半時，由公式P=I²R得，實際功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，則P₁＞P₂；
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）6.3；（3）甲組；（4）大于．

點評 本題考查了補(bǔ)全電路圖、求電源電壓、比較燈泡亮度關(guān)系、比較燈泡實際功率大小，本題難度較大，是一道難題，只有認(rèn)真分析題意、應(yīng)用串聯(lián)電路規(guī)律、電功率公式才可以正確解題．