Question

某同学利用电压未知的电源、标有“50Ω 1A”字样的滑动变阻器、标有“0.25A”字样的小灯泡、两只电键、电流表和若干导线测定小灯泡的额定功率，该同学经过思考先画出实验电路图，然后按照正确的实验步骤进行操作，并将电键S₁闭合、S₂闭合，读出电流表的示数为0.2A，这时他就求出了电源电压，然后该同学边思考边实验，再移动滑动变阻器的滑片到中点位置，此时小灯恰好正常发光．
（1）请你画出该同学的实验电路图．
（2）请简述小灯正常发光的理由．
（3）请求出小灯泡的额定功率．

Answer 1

分析：（1）滑动变阻器上标有“50Ω  1A”，表示滑动变阻器最大阻值为50Ω，允许通过的最大电流为1A．
由题干内容知，移动滑动变阻器的滑片到中点，能使灯泡正常工作，说明滑动变阻器和灯泡串联在电路中能改变电路中的电流．
正确操作实验步骤，滑片处于最大阻值处，连入电路电阻为50Ω，只有滑动变阻器单独接入电路，测出电流值，可以求出电源电压，所以有一个开关和灯泡并联，此时把灯泡短路．
（2）灯泡上标有“0.25A”，表示灯泡正常工作时的电流为0.25A．
（3）滑动变阻器与灯泡串联，滑动变阻器一半电阻接入电路，灯泡正常工作．由滑动变阻器电阻和电流计算滑动变阻器电压，又由电源电压，根据串联电路电压特点，求得灯泡额定电压，再根据P=UI计算灯泡额定功率．

解答：解：（1）滑动变阻器能改变灯泡电流，滑动变阻器与灯泡串联，连接好实物图，闭合S₁和S₂，滑动变阻器接入电路中电阻最大，电阻为50Ω，读出电流表的示数为0.2A，能计算电源电压，灯泡电阻未知，只有把灯泡短路才能求得电源电压，所以S₂把灯泡短路，S₁串联在电路中控制整个电路，电流表串联在电路中测量电流．电路图如下图：

（2）灯泡上标有“0.25A”，表示灯泡正常工作电流为0.25A，电流表与灯泡串联．所以使电流表的示数为0.25A．
（3）当滑动变阻器单独接入电路，电阻最大，电流为0.2A时，
电源电压为：U=IR=0.2A×50Ω=10V．
当滑动变阻器与灯泡串联时，滑片在中点，灯泡正常工作，
所以此时滑动变阻器电压为U′=I′R′=0.25A×25Ω=6.25V，
所以灯泡额定电压为：U_L=U-U′=10V-6.25V=3.75V，
所以灯泡额定功率为：P=U_LI′=3.75V×0.25A=0.94W．
答：灯泡额定功率为0.94W．

点评：本题考查的形式比较新颖，以往总是让滑片滑到最大和最小，让其它用电器总是接入电路，现在把灯泡短路求电源电压是比较少见的题型．本题的关键是求得电源电压．