Question

小王和小李同学用完全相同的器材测定相同规格的小灯泡的电功率，他们所用电源电压不变，滑动变阻器上标有“5Ω　1A”字样，小灯标有“0.3A”字样，估计小灯的额定功率在1.2瓦左右．

（1）小王正确连接了实验电路．（请画出实验电路图）
（2）小王在实验时他严格按照正确的实验步骤操作，闭合电键时，观察到电压表、电流表的示数分别如图．
（3）小李正确串联实验器材，然后将电压表并联在电路中．闭合电键，移动变阻器的滑片，观察到随着小灯的亮度逐渐增加，电压表的示数逐渐变小．当电流表的示数为________安时，小灯泡正常发光，此时小李观察到电压表的指针也与16（a）所示相同．
（4）依据上述现象和数据可以求出他们所用的电源电压为________伏，当小灯泡正常发光时小李同学的实验中变阻器接入电路的电阻为________欧，小灯泡的额定电压为________伏，额定功率为________瓦．

Answer 1

解：（1）电压表与灯泡并联，电流表与灯泡串联，滑动变阻器串联在电路中，开关串联在电路中．如图所示

（2）小王在严格按照正确的实验步骤操作时，闭合电键时滑动变阻器处于最大阻值处，即R_滑=5Ω；
由铭牌可知灯泡的额定电流I_额=0.3A＜0.6A，所以电流表的量程为0～0.6A，此时电流表的示数I=0.2A；
灯泡的额定电压约为U_L==4V＞3V，所以电压表的量程为0～15V，所以电压表的示数为U_L′=3.5V；
电源的电压U=U_L′+IR_滑=3.5V+0.2A×5Ω=4.5V．
（3）移动滑片时，小灯的亮度逐渐增加说明灯泡两端的电压增大，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压减小，故小李是把电压表并联在了滑动变阻器的两端，如下图所示：

当通过灯泡的电流为额定电流时，灯泡正常发光，即此时电路中的电流为I_额=0.3A，
因电源电压不变，且此时小李观察到电压表的指针也与16（a）所示相同，
所以此时电压表的示数为U_滑′=U_L′=×3.5V=0.7V，
滑动变阻器接入电路的电阻R_滑′==≈2.33Ω；
灯泡的额定电压U_额=U-U_滑′=4.5V-0.7V=3.8V，
灯泡的额定功率P_额=U_额I_额=3.8V×0.3A=1.14W．
故答案为：（1）如上图所示；（3）0.3；（4）4.5；2.33；3.8；1.14．
分析：（1）测灯泡的功率需要测量灯泡的电压和电流，电压表与灯泡并联测电压，电流表与灯泡串联测电流，滑动变阻器串联在电路中起保护作用，开关在电路中控制电路．
（2）小王在严格按照正确的实验步骤操作时，闭合电键时滑动变阻器处于最大阻值处，根据灯泡的额定电流确定电流表的量程，根据U=得出灯泡额定电压的大约值确定电压表的量程，读出此时两电表的示数，再根据欧姆定律和串联电路的电压特点求出电源的电压．
（3）移动滑片时，小灯的亮度逐渐增加说明电路中的电流增大，即灯泡两端的电压增大，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压减小，故小李是把电压表并联在了滑动变阻器的两端；当电流表的示数为0.3A时灯泡正常工作，因电源的电压不变，所以当小李观察到电压表的指针也与16（a）所示相同时说明他使用的电压表为小量程；根据电压表大量程指针示数是小量程示数的5倍可知此时滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的电阻，根据串联电路的电压特点求出灯泡的额定电压，根据P=UI求出灯泡的额定功率．
点评：本题考查了伏安法测小灯泡电路图的设计和电路现象的判断，关键是根据灯泡的额定电流和额定电压确定两电表的量程，进一步根据正确实验操作时闭合开关前滑动变阻器应处于最大阻值，利用串联电路的特点和欧姆定律求出电源的电压，是一道较难的题目．