Question

20．在“测量小灯泡正常工作时的电阻”实验中，老师为同学们选择了额定电流为0.3A的小灯泡1只、电流表1只、滑动变阻器2个（规格分别为“5Ω  2A”、“20Ω 1A”）、6V的学生电源1个、开关2个，导线若干，请利用上述器材测量小灯泡的额定功率，请在虚线框内画出你设计的电路图，并写出实验步骤及测定额定功率的表达式．
实验步骤：①闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；
②滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I．
表达式：P=（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W．

Answer 1

分析 利用开关的断开和闭合，先后测出灯泡正常工作时的电流和只有变阻器时的电流，据此设计电路，利用欧姆定律和电阻的串联求出阻值．

解答 解：由I=$\frac{U}{R}$可知，灯泡正常发光时，电路中的总电阻：R=$\frac{{U}_{总}}{I}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω；由于灯泡电阻的最大阻值为15Ω，所以变阻器的阻值应大于5Ω，故选择20Ω  1A的变阻器；
实验的电路图为：电路图如图所示：
；
实验步骤：①闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；②滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I；
闭合开关S₁、S₂时，滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
闭合开关S₁、断开S₂时，滑动变阻器两端的电压U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8V}{I}$；
此时灯泡两端电压U_灯=U-U_滑=6V-$\frac{1.8V}{I}$；
灯泡额定功率P_额=I_灯U_灯=0.3A×（6V-$\frac{1.8V}{I}$）=（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W．
故答案为：①闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；②滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I；（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W．

点评 本题考查了画电路图及实验步骤的设计等问题，能利用电流表求电压是本题的难点．