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9.某校兴趣小组的同学利用图(甲)所示电路进行两项实验探究活动:
次数
物理量
123
U/V2.04.05.0
I/A0.200.390.51
(1)当只闭合开关S1,断开S2,实验小组得到如表中三组数据,则电阻R的阻值为多少(结果保留1位小数).
(2)当断开开关S1,闭合开关S2,通过实验记录结果绘制了电流和电压的关系图象(乙),当电压表示数为2.5V保持不变时,在50s时间内,灯泡L消耗了多少电能?
(3)当时闭合开关S1和S2,调节滑动变阻器,使灯泡L的功率为0.1W时,R的功率是多大?

分析 (1)由图可知,当只闭合开关S1,断开S2,R与变阻器串联,电压表测R两端电压,电流表测电路中电流,由表格可根据欧姆定律计算R阻值,然后取平均值;
(2)当断开开关S1,闭合开关S2,L与变阻器串联,电压表测L两端电压,电流表测电路中电流,由图象得到灯泡电压2.5V时的电流,由W=UIt计算灯泡消耗电能;
(3)当时闭合开关S1和S2,R与L并联再与变阻器串联,根据P=UI判断灯泡功率为0.1W时,灯泡电压和电流,由此得到R电压,根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算R的功率.

解答 解:(1)当只闭合开关S1,断开S2,R与变阻器串联,电压表测R两端电压,电流表测电路中电流,
根据I=$\frac{U}{R}$,由表格数据知,电阻R的阻值分别为:
R1=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.0V}{0.20A}$=10Ω,
R2=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{4V}{0.39A}$≈10.3Ω,
R3=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{5V}{0.51A}$≈9.8Ω,
所以电阻R的阻值为:R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10Ω+10.3Ω+9.8Ω}{3}$≈10.0Ω;
(2)当断开开关S1,闭合开关S2,L与变阻器串联,电压表测L两端电压,电流表测电路中电流,
由图象当电压表示数为2.5V时,对应电流I=0.4A,
则50s灯泡L消耗电能:WL=ULIt=2.5V×0.4A×50s=50J;
(3)当时闭合开关S1和S2,R与L并联再与变阻器串联,
由图象根据P=UI可知,当灯泡L的功率为0.1W时,灯泡两端的电压为0.5V,通过的电流为0.2A,
根据并联电路电压特点,UR=UL′=0.5V,
所以R的功率:
PR=$\frac{{{U}_{R}}^{2}}{R}$=$\frac{(0.5V)^{2}}{10Ω}$=0.025W.
答:(1)当只闭合开关S1,断开S2,电阻R的阻值为10.0Ω
(2)当断开开关S1,闭合开关S2,当电压表示数为2.5V保持不变时,在50s时间内,灯泡L消耗了50J电能;
(3)当时闭合开关S1和S2,调节滑动变阻器,使灯泡L的功率为0.1W时,R的功率是0.025W.

点评 本题考查了欧姆定律应用、电能和电功率的计算,正确识别电路是关键,还要能从图象中获取有用的数据.

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