Question

15．小李和小王同學(xué)各自進行“測定小燈泡電功率”的實驗．實驗中使用的小燈規(guī)格相同，均標有“2.5V”字樣，額定功率在1W～1.5W之間，電源由若干節(jié)新干電池組成，其它器材均相同．
小王連接電路，閉合電鍵，移動變阻器的滑片，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，小燈始終無法正常發(fā)光．
小李正確連接電路，閉合電鍵S后，移動滑片，發(fā)現(xiàn)當變阻器的滑片恰好在中點上，小燈正常發(fā)光．
①判定該小燈正常發(fā)光的方法是電壓表示數(shù)為2.5V；在如圖方框中畫出實驗所用電路圖．
②小王原來實驗中存在的問題有電源電壓太小，電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端．
③小燈的額定功率為1.25瓦，電源電壓為7.5伏．

Answer 1

分析 ①燈泡正常發(fā)光時兩端電壓等于額定電壓；由P=UI設(shè)計實驗電路圖；
②根據(jù)移動滑片電流表和電壓表的示數(shù)變化范圍分析實驗中可能存在的問題；
③根據(jù)②知，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，由此根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算電源電壓和滑動變阻器的最大值；
由變阻器滑片在中點時燈泡正常發(fā)光，先由P=UI計算此時電路中的電流范圍，再根據(jù)電路特點和歐姆定律得到變阻器兩端電壓范圍，從而判斷電源電壓的大��；
由電路特點和P=UI計算燈泡的額定功率．

解答 解：
①根據(jù)P=UI可知，要測量燈泡的額定功率，需用電壓表測其兩端電壓，用電流表測通過它的電流，用滑動變阻器調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓，即與燈泡串聯(lián)；
所以當觀察到電壓表示數(shù)為2.5V時，小燈正常發(fā)光．電路圖如下圖所示：
；
②小燈泡能發(fā)光，電壓表、電流表均有示數(shù)，說明電路無故障；
無論怎么移動滑動變阻器，小燈泡均不能正常發(fā)光，說明小燈泡兩端的電壓無法達到額定電壓，可能是電源電壓太��；
分析電壓表示數(shù)可知，電壓表示數(shù)最小值為0，說明此時電壓表并聯(lián)部分電阻為0，小燈泡電阻不為0，滑動變阻器移動滑片可以使滑動變阻器接入電路的電阻為0，說明電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端；
③連接的電路，滑動變阻器接入電路中的電阻最大時，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點可知，此時滑動變阻器兩端的電壓最大，由電壓表示數(shù)變化范圍可知，此時滑動變阻器兩端的電壓為1.2V，電路中總電阻最大，電流中最小，由電流表示數(shù)變化范圍可知，此時電流為0.06A，
則滑動變阻器最大阻值：R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.2V}{0.06A}$=20Ω，
I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$，小燈泡額定電壓為2.5V，額定功率在1W～1.5W之間，所以：
$\frac{1W}{2.5V}$≤I_額≤$\frac{1.5W}{2.5V}$，
解得：0.4A≤I_額≤0.6A，
當變阻器的滑片恰好在中點上，小燈正常發(fā)光，此時滑動變阻器接入電路的阻值為：
R₂=$\frac{1}{2}$R₁=$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，
滑動變阻器兩端的電壓：U₂=I_額R₂，
數(shù)據(jù)代入得，0.4A×10Ω≤U₂≤0.6A×10Ω，解得4V≤U₂≤6V，
電源電壓U=U₂+U_額，數(shù)據(jù)代入得，4V+2.5V≤U≤6V+2.5V，解得6.5V≤U≤8.5V，
電源由若干節(jié)新干電池組成，每節(jié)干電池電壓1.5V，所以應(yīng)該由5節(jié)干電池組成，電源電壓7.5V；
小燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端的電壓：U₂=U-U_額=7.5V-2.5V=5V，
電路中電流：I=I_額=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{5V}{10Ω}$=0.5A，
所以小燈泡的額定功率：P_額=U_額I_額=2.5V×0.5A=1.25W．
故答案為：①電壓表示數(shù)為2.5V；見上圖；②電源電壓太小，電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端；③1.25；7.5．

點評 本題考查了對電路存在問題的分析、電源電壓、小燈泡額定功率的判斷，本題的難點是電源電壓的計算，解題的關(guān)鍵是計算出滑動變阻器的最大阻值和根據(jù)額定電流范圍求出電源電壓．