Question

【题目】某校物理社团的学生做“测量小灯泡的电功率”和“探究电流与电压关系”的实验，电源两端电压恒定，小灯泡的额定电压为2.5V，设计的电路如图甲所示，操作如下：

（1）按图甲连接电路，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，记录两电表示数；移动滑片，观察并记录多组数据，绘制如图乙所示的U-I图象，则小灯泡的额定功率为____W。实验中，当电流表示数为I0（I0＜0.30A）时，小灯泡的电功率为P1；

（2）断开开关，用定值电阻替换小灯泡，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，读出两电表示数，并记录在表格中；移动滑片，测出多组数据，记录在表格中。分析表格中的数据可知：当电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成______。实验中，当电流表示数仍为I0时，定值电阻的电功率为P2，则P1、P2的大小关系为P1_______P2；

（3）若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端，电路的总功率为______W。

Answer 1

【答案】 1 正比 ＜ 1.8

【解析】（1）因灯的额定电压为2.5V，由图可知当灯的电压为2.5V时，灯的额定电流为0.4A，故灯的额定功率：P=UI=2.5V×0.4A=1W；（2）由表中数据可知，电压与对应的电流之比为一定值，即当电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成正比；由欧姆定律可知，定值电阻的大小：R=U/I=0.9V/0.18A=5Ω，因P1、P2的变化关系是单调的，故可用特殊值法确定其大小关系：可设I0=0.20A，由图知，灯的电压U1=0.5V，则小灯泡的电功率为：P1=U1I0=0.5V×0.2A=0.1W；此时定值电阻的功率：P2 =I0 2×R=（0.2A）2×5Ω=0.2W，则P1、P2的大小关系为P1＜P2；（3）设变阻器的最在电阻为R滑，按图甲连接电路，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，记录两电表示数；移动滑片，观察并记录多组数据，绘制如图乙所示的U-I图象，可知，此时对应的电流为为I0=0.2A，根据欧姆定律和串联电路的规律，电源电压：U=I0R滑+UL=0.2A×R滑+0.5V---①；在（2）中，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，读出两电表示数，并记录在表格中，此时电压为U′=0.9V，对应的电流I′=0.18A，根据欧姆定律和串联电路的规律，电源电压：U=I′R滑+U′=0.18A×R滑+0.9V-----②；由①②得，电源电压：U=4.5V，若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端，由串联电路各处的电流都相等，只有当电路中的电流为0.4A时，灯的电压为2.5V，定值电阻的电压为U定=IR=0.4A×5Ω=2V，符合串联电路各部分电压和等于总电压的规律（4.5V=2.5V+2V）。故若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端，电路的总功率为：P总=UI=4.5V×0.4A=1.8W。