問題詳情:
小紅同學做“測量小燈泡電功率”實驗,小燈泡的額定電壓為3.8V,額定功率約1W左右.
(1)用筆畫線代替導線連接電路圖圖1,要求滑片向右移動時,燈泡變暗.
(2)她正確連接電路,將滑片移到滑動變阻器的某一端,閉合開關,發現電壓表、電流表的示數分別為3V和0.2A,小燈泡的亮度偏暗.然後她向變阻器的另一端移動滑片,發現小燈泡繼續變暗;當滑片到達另一端時,電流表、電壓表的示數如圖2(a)、(b)所示.小紅在器材選擇以及*作過程中存在的問題分別是: 和 .她所使用的變阻器的最大阻值為 Ω.
(3)經過思考分析,她改正了上述問題.為了準確測出小燈泡的額定功率,她還改進電路並進行實驗.當移動變阻器的滑片到中點位置時,觀察到小燈泡正常發光.此時電壓表指針恰好位於某一刻度線上時,電流表的示數為0.22A,則電源電壓為 V,小燈泡的額定功率為 W.
【回答】
【考點】電功率的測量.
【分析】(1)滑動變阻器向右移動燈泡變暗,説明滑動變阻器接了左下接線柱;小燈泡額額定電壓為3.8V,因此電壓表的量程為0~3V的量程;
(2)電源電壓應大於燈泡額定電壓,閉合開關前,滑動變阻器滑片應置於阻值最大處;
將滑片移到滑動變阻器的另一端,閉合電鍵,小燈泡的亮度偏暗,然後她向變阻器的另一端移動滑片,發現小燈泡繼續變暗,小燈泡繼續變暗説明電路電流繼續減小,滑動變阻器接入電路的阻值逐漸變大,説明閉合開關時,滑動變阻器接入電路的阻值為零,閉合開關時電壓表示數等於電源電壓;
根據電壓表與電流表示數,由歐姆定律可以求出燈泡阻值;由圖示電錶確定其量程與分度值,讀出其示數,由串聯電路特點與歐姆定律可以求出滑動變阻器阻值.
(3)燈泡額定電壓電壓是3.8V,如果電壓表與燈泡並聯,如果用小量程,燈泡正常發光時超過其量程,則電壓表應該用大量程,大量程的分度值是0.5V,燈泡額定電壓是3.8V,燈泡正常發光時,電壓表指針不可能指在刻度線上,因此電壓表應該與滑動變阻器並聯,且電壓表選用小量程;
由題意知,電流為0.2A時燈泡發光較暗,因此燈泡正常發光時的電流應大於0.2A,
根據串聯電路特點及歐姆定律求出電源電壓、燈泡正常發光時的電流,然後由P=UI求出燈泡額定功率.
【解答】解:(1)滑動變阻器向右移動燈泡變暗,説明滑動變阻器接了左下接線柱;小燈泡額額定電壓為3.8V,因此電壓表的量程為0~15V的量程,如圖所示:
(2)由題意可知,電源電壓為3V,燈泡額定電壓是3.8V,所選電源電壓太小;
由題意可知,閉合開關時滑動變阻器接入電路的阻值為零,這是錯誤的,閉合開關前滑動變阻器滑片應置於最大阻值處;
電源電壓是3V,電壓表量程應該為0~3V,由圖示電壓表可知,其分度值是0.1V,示數為1V,
由圖示電流表可知其示數為0.1A,由串聯電路特點可知,滑動變阻器電壓為3V﹣1V=2V,
由I=可得滑動變阻器最大阻R滑最大===20Ω.
(3)由題意可知,電壓表與滑動變阻器並聯,滑動變阻器滑片在中點,
則滑動變阻器接入電路的阻值為:R===10Ω,電源電壓是1.5V的整數倍,
①如果電源電壓為4.5V,則燈泡正常發光時滑動變阻器兩端電壓為4.5V﹣3.8V=0.7V,
電路電流I===0.07A<0.2A,燈泡不能正常發光;
②如果電源電壓為6V,燈泡正常發光時滑動變阻器電壓為6V﹣3.8V=2.2V,
電路電流I===0.22A,燈泡能正常發光,燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.22A=0.836W;
③如果電源電壓為7.5V,燈泡正常發光時滑動變阻器電壓為7.5V﹣3.8V=3.7V,此時電路電流I===0.37A,
由I=可得此時燈泡電阻RL==≈10.27Ω<15Ω,燈泡電阻隨温度升高而增大,燈泡電阻不能小於15Ω,故電源電壓不能為7.5V.
所以電源電壓可能為:6V,燈泡額定功率可能為0.836W.
故*為:
(1)見上圖;(2)電源電壓太小;閉合開關前,滑片沒有移到阻值最大處;20;(3)6;0.836.
【點評】本題考查了實驗*作分析、求滑動變阻器阻值、求電源電壓與燈泡額定功率等問題,由於不知道電源電壓,本題難度較大,要根據題意進行推理,然後答題,解題時注意討論.
知識點:測量小燈泡的電功率
題型:實驗,探究題