Question

15．在“測(cè)小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，所用器材有：額定電壓為3.8V小燈泡、電壓恒為6V的電源、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、標(biāo)有“20Ω  lA”的滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干．

（1）小明實(shí)驗(yàn)時(shí)按如圖甲所示方式連接電路，調(diào)節(jié)滑片到某一位置時(shí)，燈恰好正常發(fā)光．此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙，則通過(guò)小燈泡的電流為0.32A，小燈泡的額定功率為1.22W，為使燈泡功率不超過(guò)額定功率，滑動(dòng)變阻接入電路最小阻值為6.88Ω．
（2）小明經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，記錄了多組電壓與電流值，并繪出如圖丙所示圖象．通過(guò)分析圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡燈絲電阻是變化的，這是由于燈絲的電阻隨電壓（溫度）的變化而變化；將兩個(gè)這樣相同規(guī)格的小燈泡串聯(lián)接在6V電源兩端，兩燈消耗的總功率為1.8W．
（3）小華在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，本組的電壓表0～15V的量程已損壞，而0～3V的量程可以使用．經(jīng)過(guò)小組討論，小華按照下列步驟完成了小燈泡額定功率的測(cè)量．
a．將電壓表并聯(lián)在ab兩端，滑動(dòng)變阻器的滑片置于阻值最大處，閉合開(kāi)關(guān)，向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表的示數(shù)為3V；
b．保持滑動(dòng)變阻滑片位置不動(dòng)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將電壓表并聯(lián)在bc兩端，閉合開(kāi)關(guān)，向左（選填“左”或“右”）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表的示數(shù)為2.2V，讀出電流表示數(shù)；
c．計(jì)算燈泡的額定功率．

Answer 1

分析 （1）由圖丙知，電流表使用小量程，認(rèn)清分度值讀數(shù)；根據(jù)P=UI計(jì)算額定功率；
為使燈泡功率不超過(guò)額定功率，小燈泡的實(shí)際電壓不能超過(guò)其額定電壓，根據(jù)分壓原理求滑動(dòng)變阻接入電路最小阻值；
（2）燈絲的電阻隨電壓（溫度）的變化而變化；
兩個(gè)這樣相同規(guī)格的小燈泡串聯(lián)接在6V電源兩端，每個(gè)燈分得3V電壓，根據(jù)圖象得對(duì)應(yīng)的電流，根據(jù)P=UI求總功率；
（3）本題不能直接將電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻兩端，否則，容易導(dǎo)致電壓表燒壞或燈燒壞．燈的電壓為3V，根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，確定電壓表示數(shù)．

解答 解：（1）電流表使用小量程，分度值為0.02A，燈正常發(fā)光時(shí)通過(guò)小燈泡的電流為0.32A；所以，
燈的額定電功率P_額=U_額I=3.8V×0.32A=1.22W；
燈正常發(fā)光時(shí)的電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.8V}{0.32A}$=11.88Ω，為使燈泡功率不超過(guò)額定功率，燈兩端的電壓不能超過(guò)其額定電壓3.8V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，則滑動(dòng)變阻至少分去6V-3.8V=2.2V的電壓，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，滑動(dòng)變阻器接入電路中的最小阻值為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=_-$\frac{2.2V}{3.8V}$×11.88Ω=6.88Ω；
（2）通過(guò)分析圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡燈絲電阻是變化的，這是由于燈絲的電阻隨電壓（溫度）的變化而變化；
將兩個(gè)這樣相同規(guī)格的小燈泡串在6V電源兩端，根據(jù)分壓原理，每燈兩端的電壓為3V，由圖丙知，燈的電流為0.3A，電路消耗的總功率為P_總=UI=6V×0.3A=1.8W；
（3）明確a步驟的目的，是為了保護(hù)燈和電壓表的安全．因保持滑動(dòng)變阻滑片位置不動(dòng)，故將電壓表改接在bc兩端時(shí)，電壓表示數(shù)為6V-3V=3V，燈的電壓也為3V，從而保證了燈和電壓表的安全．要測(cè)燈的額定功率，燈兩端的電壓應(yīng)增大，滑動(dòng)變阻兩端的電壓應(yīng)減小，根據(jù)分壓原理，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)向左移動(dòng)，使電壓表示數(shù)為6V-3.8V=2.2V．
故答案為：（1）0.32；1.22；6.88；
（2）燈絲的電阻隨電壓（溫度）的變化而變化；1.8；
（3）左；2.2．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)小燈泡的電功率，要明確燈的電阻隨電壓的變化而變化，不同的電壓對(duì)應(yīng)不同的電流．本題的難點(diǎn)在（3），在特殊情況下如何利用現(xiàn)有器材測(cè)燈的額定電功率．