Question

15．小华同学做“测得小灯泡的电功率”实验，所用器材有电源（电压有4、6和8伏三档）、待测小灯（额定电压为“2.5V”或“4.5V”）、滑动变阻器（“20Ω 2A”或“50Ω 1A”）、电压表、电流表、电键以及导线若干．他选用某档电源电压，正确串联实验器材，把电压表并联在电路中，然后将变阻器的滑片置于某一端．闭合电键后，把变阻器滑片向另一端移动的过程中，观察到小灯发光始终较暗，电压表的示数逐渐变小且始终大于零．
①画出小华同学放闭合电键时的实验电路图．
②经过思考，小华对电源的档位进行调整，按正确方法重新实验，当小灯正常发光时，电流表的示数如图所示，变阻器的滑片在中点附近某位置，请通过计算说明．
（a）电流表的示数0.3A．
（b）小灯的额定功率1.35W．
（c）所用电源电压和滑动变阻器规格8V、“20Ω 2A”．

Answer 1

分析 ①根据灯泡变暗，电压表示数变化，可判断灯泡两端的电压始终小于电源电压，刚闭合开关时，应将滑片移至最小阻值处，根据滑片移动过程中，电压表示数变小，可判断电压表与灯泡并联，从而正确画出电路图；
②根据第一种情况，判断出所选用小灯泡的额定电压为4.5V；
假设使用6V或8V的电源，根据灯泡的额定电压分别计算出滑动变阻器两端的电压，利用两种规格的变阻器值估计电路中的电流值与电流表的指针位置比较，判断出电流表的示数及电源电压，根据P=UI计算出小灯泡的额定功率，根据R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$计算出滑动变阻器接入电路中的大约值，选择变阻器的规格．

解答 解：①把变阻器滑片向另一端移动的过程中，电压表的示数变小，说明滑动变阻器的阻值在变大，所以开始滑片在最小阻值处，如图所示：

②当滑动变阻器的阻值最小时，灯泡仍很暗，可知电源电压低于灯泡的额定电压，可知灯泡的额定电压为4.5V，电源电压应大于4.5V；
若电源电压为6V，灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压为：U_滑=6V-4.5V=1.5V；
当滑动变阻器的最大阻值为20Ω时，此时电路中的电流值大约为：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.5V}{\frac{1}{2}×20Ω}$=0.15A，与电流表指针位置不符；
当滑动变阻器的最大阻值为50Ω时，此时电路中的电流会更小，不符合题意；
若电源电压为8V，灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压为：U_滑=8V-4.5V=3.5V；
当滑动变阻器的最大阻值为20Ω时，此时电路中的电流值大约为：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.5V}{\frac{1}{2}×20Ω}$=0.35A，与指针位置相符；
当滑动变阻器的最大阻值为50Ω时，此时电路中的电流值大约为：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.5V}{\frac{1}{2}×50Ω}$=0.14A，与指针位置不符；
由以上分析可知，所选用的电源电压为8V，变阻器的规格为“20Ω 2A”，电流表选用0～0.6A的量程，示数为0.3A；
小灯泡的电功率为：P=UI=4.5V×0.3A=1.35W．
故答案为：①见上图；②（a）0.3A；（b）1.35W；（c）8V、“20Ω 2A”．

点评 本题是测量灯泡电功率的实验，题目中给出了有关的信息，让推断灯泡的额定功率，关键能够根据所给出的实际情况判断出灯泡的额定电压、电源电压，有一定的难度．