Question

10．小華做“測(cè)定小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)．現(xiàn)有電源、待測(cè)小燈（標(biāo)有“2.5V”字樣、額定功率在1瓦以上）、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、電鍵以及導(dǎo)線若干．他正確串聯(lián)實(shí)驗(yàn)器材，然后將電壓表并聯(lián)在電路中．閉合電鍵，移動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化范圍為0.06A～0.2A、電壓表示數(shù)變化范圍為0～1.2V，小燈始終無(wú)法正常發(fā)光．他經(jīng)過(guò)思考得出原因所在，于是對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，重新正確連接電路，實(shí)驗(yàn)步驟正確，剛閉合電鍵時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)如圖所示．移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)變阻器的滑片恰好在中點(diǎn)時(shí)，小燈正常發(fā)光．

①測(cè)定小燈的額定功率需要測(cè)量和記錄的物理量是額定電壓和額定電流．
②小華原來(lái)實(shí)驗(yàn)時(shí)小燈始終無(wú)法正常發(fā)光的原因是電源電壓小于燈泡的額定電壓，并畫(huà)出小華剛開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)的電路圖．
③小燈正常發(fā)光時(shí)電源電壓為7.5伏，小燈的額定功率為1.25瓦．

Answer 1

分析 ①根據(jù)測(cè)功率的原理P=UI回答；
②他正確串聯(lián)實(shí)驗(yàn)器材，移動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化范圍為0.06A～0.2A、電壓表示數(shù)變化范圍為0～1.2V，判斷電壓表的連接位置；小燈始終無(wú)法正常發(fā)光，說(shuō)明電源電壓小于燈泡的額定電壓；
③根據(jù)當(dāng)電路中電阻最大，電流最小時(shí)，由歐姆定律，求出變阻器的最大電阻；
為保護(hù)電路，變阻器連入電路中的電阻最大，根據(jù)電表小量程讀數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律求電源電壓
根據(jù)滑片移動(dòng)到中點(diǎn)時(shí)，小燈正常發(fā)光，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及歐姆定律求額定電流，根據(jù)P=UI求額定功率．

解答 解：①根據(jù)P=UI，測(cè)定小燈的額定功率需要測(cè)量和記錄的物理量是：額定電壓和額定電流；
②他正確串聯(lián)實(shí)驗(yàn)器材，然后將電壓表并聯(lián)在電路中．閉合電鍵，移動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化范圍為0.06A～0.2A、電壓表示數(shù)變化范圍為0～1.2V，可知電壓表并聯(lián)在變阻器兩端了（若并聯(lián)在燈的兩端電壓不可能為0）；小華剛開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)的電路圖如下所示：

小燈始終無(wú)法正常發(fā)光，即包括當(dāng)變阻器連入電路中的電阻為0時(shí)，電源電壓全部加在燈的兩端，說(shuō)明電源電壓小于燈泡的額定電壓；
③由分壓原理可知，變阻器連入電路的阻值最大時(shí)，電壓表示數(shù)最大為1.2V，此時(shí)電流最小，即為0.06A，
可知，變阻的最大電阻R_滑=$\frac{U′}{I′}=\frac{1.2V}{0.06A}$=20Ω；
重新正確連接電路（將電壓表并聯(lián)在燈的兩端），實(shí)驗(yàn)步驟正確，變阻器全部電阻連入電路中，剛閉合電鍵時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)如圖所示，圖中電表均選用小量程，電壓表和電流表示數(shù)分別1.5V、0.3A，則變阻器的電壓U_滑=IR_滑=0.3A×20Ω=6V；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，則電源電壓為U=6V+1.5V=7.5V；
發(fā)現(xiàn)當(dāng)變阻器的滑片恰好在中點(diǎn)時(shí)，小燈正常發(fā)光，變阻器連入電路中的電阻為R′_滑=10Ω，
由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律，通過(guò)變阻器的電流I_L=$\frac{U{-U}_{L}}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{7.5V-2.5V}{10Ω}$=0.5A，
則燈的額定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.5A=1.25W
故答案為：①額定電壓和額定電流；
②電源電壓小于燈泡的額定電壓，如上所示；
③1.25．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)定小燈泡電功率，考查實(shí)驗(yàn)原理、及串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律的靈活運(yùn)用及推理的能力，關(guān)鍵是發(fā)掘隱含的條件，有難度．對(duì)學(xué)生的能力要求高．