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(2013?湖里区一模)老师布置大家设计实验测定小灯泡的额定功率,并告诉大家小灯泡的额定电压为4V,它的额定功率不清,电阻与灯丝的温度有关.小明用电阻箱、电压表、开关、12V的稳压电源连成了如图1所示的电路,来测量额定功率,其中R为电阻箱.他闭合开关S,从小到大调整电阻箱的值,依次测出了电压表与它的对应读数,并将其记录
在如下的表格中
次数 1 2 3 4 5 6
电压/V 4.8 4 2   0.5 1.5
电阻箱/Ω 8 10 20 30 40 45
(1)当电阻箱电阻为30Ω时,电压表示数如图2所示,等于
1.2
1.2
V;
(2)当电压表示数为2V时,电阻箱两端的电压是
10
10
V,通过灯泡的电流为
0.5
0.5
A;
(3)根据表中数据可知,该小灯泡的额定功率为
3.2
3.2
W;
(4)老师表扬了小明的设计:虽然实验过程有2次错误,但设计方案有创新.
这两处错误,一是记录错误:第
6
6
次电压值的记录是错误;二是违反电学安全操作规范:这个操作是
闭合开关前电阻箱接入电路的电阻不是最大
闭合开关前电阻箱接入电路的电阻不是最大
.老师说的创新主要是指,与书本上的实验设计相比,
不用电流表测量电路电流
不用电流表测量电路电流
分析:(1)读取电压表示数时,首先确定电压表选择的量程和对应的分度值,读数时视线与指针所在刻度线相垂直;
(2)已知电源电压和灯泡两端电压,可以得到电阻箱两端电压;由实验数据知此时电阻箱接入电路的大小,利用欧姆定律得到通过灯泡的电流;
(3)已知电源电压和灯泡额定电压,可以得到电阻箱两端电压;由实验数据知此时电阻箱接入电路的大小,利用欧姆定律得到通过灯泡的电流,也就是灯泡的额定电流;已知灯泡的额定电压和额定电流,利用公式P=UI得到额定功率;
(4)在串联电路中,电源电压等于各用电器两端电压之和,并且各用电器两端电压与其阻值成正比;为保护电路,闭合开关之前,变阻器接入电路电阻应最大;伏安法测灯泡功率需要使用电流表测量电路电流.
解答:解:
(1)由图知:电压表选择的是0~3V量程,对应的分度值为0.1V,此时的示数为1.2V;
(2)当电压表示数为2V时,电阻箱两端的电压是12V-2V=10V;
由实验数据知,此时电阻箱接入电路的电阻为20Ω,所以电路电流为I=
U
R
=
10V
20Ω
=0.5A;
(3)当灯泡两端电压为额定电压4V时,电阻箱两端的电压是12V-4V=8V;
由实验数据知,此时电阻箱接入电路的电阻为10Ω,所以电路电流为I=
U
R
=
8V
10Ω
=0.8A,
所以灯泡的额定功率为P=UI=4V×0.8A=3.2W;
(4)因为灯泡与电阻箱串联在电路中,由实验数据知,从左到右,电阻箱接入电路电阻是增大的,所以两端电压是身高的,即灯泡两端电压是降低的,但第6次的电压比第5次高,所以这个电压是错误的;
为保护电路,闭合开关之前,变阻器接入电路电阻应最大,由实验数据变化规律知,闭合开关时电阻箱接入电路的电阻较小,容易烧坏灯泡,违反电学安全操作规范;
此实验方法与传统的伏安法测功率相比,不需要电流表,也能得到电路电流.
故答案为:
(1)1.2;
(2)10;0.5;
(3)3.2;
(4)6;闭合开关前电阻箱接入电路的电阻不是最大;不用电流表测量电路电流.
点评:此题在不需要电流表的情况下,测量灯泡的额定功率,借助的是串联电路的特点、欧姆定律、最重要的是电阻箱每次接入电路的电阻已知,综合性较强,有一定的难度.
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