問題詳情:
小明利用如圖1所示的電路測定小燈泡的額定功率。所用器材:額定電壓為2.5V的小燈泡、電池組(二節乾電池串聯,電壓為3V)、電壓表一塊、滑動變阻器(10Ω 2A)、定值電阻(R0=5Ω)、開關三個和導線若干。
(1)用筆畫線代替導線,將圖2中的實物電路按照圖1所示的電路圖連接完整。
(_____________)
(2)閉合開關前,應將變阻器滑片滑到____________(選填“左”或“右”)。
(3)連接完電路後,小明只閉合S、S1時,移動滑片P,電壓表示數發生改變:只閉合S、S2時,移動滑片P,小燈泡不發光。於是小明用電壓表進行電路故障檢測,把電壓表並聯在某電路元件兩端,測試結果如下表所示。則電路中一定存在的故障是____________。(填寫序號)
測試元件 | 燈泡L | 開關S2 |
電壓表 | 無示數 | 有示數 |
①燈泡L處斷路 ②燈泡L處短路 ③開關S2處斷路
(4)排除故障後,小明繼續實驗。
①只閉合S、S2,移動滑片P,使電壓表的示數為____________V
②只閉合S、S1,保持滑片P不動,讀出電壓表的示數為2.25V
③小燈泡的額定功率為____________W.
(5)當加在燈泡兩端的電壓為額定電壓的一半時,燈泡的際功率P實____________(選填“>”、“>”或“=”)P額
(拓展)小紅通過課外學習知道,乾電池有一定的電阻,我們需要用它的“電壓U”和“電阻r”兩個物理量來描述它(如圖所示)於是小紅在小明完成步驟①後,將電壓表並聯在電池組兩端,保持滑片P的位置不變,只閉合S、S2時,讀出電壓表示數為2.55V,則小明實驗中所用電池組的電阻r是____________Ω。
【回答】
右 ③ 2.5 0.75 > 1.5
【解析】
(1)由電路圖可知,電壓表測並聯部分電路兩端的電壓,即測燈泡兩端的電壓,由於燈泡的額定電壓為2.5V<3V,故只需將電壓表的“3”接線柱與開關S1的右接線柱連接即可,如圖所示:
(2)為了保護電路,閉合開關前,應將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處,即滑到右端;
(3)①若燈泡L處斷路,將電壓表與燈泡L並聯,只閉合S、S2時,則電壓表有示數且接近電源電壓,故①不符合題意;
②若燈泡L處短路,將電壓表與燈泡L並聯,只閉合S、S2時,則電壓表無示數,將電壓表與開關S2並聯,只閉合S、S2時,則電壓表仍然無示數,故②不符合題意;
③若開關S2處斷路,將電壓表與燈泡L並聯,只閉合S、S2時,則電壓表無示數,將電壓表與開關S2並聯,只閉合S、S2時,則電壓表有示數且接近電源電壓,故③符合題意;
(4)①只閉合S、S2,R與L串聯,電壓表測L兩端的電壓,移動滑片P,使電壓表示數U額=2.5V,此時燈泡L正常發光;
②只閉合S、S1,R與R0串聯,此時電壓表測R0兩端的電壓U0=2.25V,則有:,即:,解得:R滑=Ω;
③燈泡正常發光時,滑動變阻器兩端的電壓:U滑′=U-U額=3V-2.5V=0.5V,
由歐姆定律和串聯電路電流規律得到此時電路中的電流:I= I滑==0.3A,
則小燈泡的額定功率:P額=U額I=2.5V×0.3A=0.75W;
(5)當電阻不變時,由P=可知,電壓變為原來的一半,功率變為原來的四分之一,由於燈泡的電阻是變化的,當電壓減小時,功率減小,電阻也減小,故當小燈泡兩端的實際電壓為額定電壓一半時,由P=可知,小燈泡的實際功率P實>P額。
【拓展】
由第(4)問可知,小燈泡正常發光時電路中的電流I=0.3A,將電壓表並聯在電池組兩端,其測量滑動變阻器和燈泡的總電壓U′=2.55V,則電池電阻兩端的電壓:Ur=U-U′=3V-2.55V=0.45V,所以,所用電池組的電阻:r==1.5Ω。
知識點:歐姆定律
題型:實驗,探究題