Question

2．小紅同學(xué)做“測(cè)定小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)，電源由串聯(lián)節(jié)數(shù)可變的干電池組成（其電壓為1.5伏的整數(shù)倍），待用的滑動(dòng)變阻器有兩種規(guī)格（分別標(biāo)有“5Ω  3A”、“20Ω   2A”的字樣）．所用小燈是額定電壓為“4.5V”和“6.3V”中的一個(gè)．她選定某一電源電壓和滑動(dòng)變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)電路連接及操作正確．在移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片的過(guò)程中．發(fā)現(xiàn)小燈始終無(wú)法正常發(fā)光，且所接電壓表最大的示數(shù)如圖（a）所示．她經(jīng)過(guò)思考得出原因所在，于是在不改變其他實(shí)驗(yàn)器材情況下重新選定電源電壓并正確實(shí)驗(yàn)．當(dāng)小燈接近正常發(fā)光時(shí)，她再將電壓表并聯(lián)在電路中．接著移動(dòng)滑片使小燈正常發(fā)光，此時(shí)變阻器的滑片在中點(diǎn)附近某位罝．且觀察到電流表示數(shù)如圖（b）所示．最后，她使小燈兩端的電壓略高于其額定電壓．并計(jì)算得到相應(yīng)的功率為2.1瓦．
①圖b中電流表的示數(shù)為0.28安；
②求小燈正常發(fā)光時(shí)電源電壓U．9V；
③說(shuō)明判定小燈正常發(fā)光的方法，并求小燈的額定電功率P_額=1.764W．（求解電源電壓及小燈的額定電功率需要寫出解答過(guò)程）

Answer 1

分析 ①根據(jù)電流表的示數(shù)得，電流為0.28A或1.4A．然后根據(jù)她使小燈兩端的電壓略高于其額定電壓．并計(jì)算得到相應(yīng)的功率為2.1瓦．求得燈泡兩端電壓與題目中“所用小燈是額定電壓為“4.5V”和“6.3V”中的一個(gè)．”比較即可做出選擇；
②確定了電流，可利用P=UI計(jì)算燈泡兩端的電壓，然后根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，結(jié)合歐姆定律可知所選變阻器的規(guī)格，然后可計(jì)算電源電壓；
③判定小燈正常發(fā)光的方法，當(dāng)電壓表并聯(lián)在燈泡兩端時(shí)，可根據(jù)小燈的額定電壓和額定電流求得額定電功率；
當(dāng)電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求得電壓表示數(shù)，然后根據(jù)P_額=U_額I_額求得小燈的額定電功率．

解答 解：①根據(jù)電流表的示數(shù)得，電流為0.28A或1.4A．
若電流為1.4A，根據(jù)P=UI，得到此時(shí)小燈泡的電壓U=$\frac{P}{I}$=$\frac{2.1W}{1.4V}$=1.5V，遠(yuǎn)小于燈泡的額定電壓，與題目中“小燈泡兩端的電源略高于其額定電壓”不符，所以電流表的示數(shù)為0.28A．
②因?yàn)殡娏鱅=0.28安，根據(jù)P=UI，計(jì)算得出當(dāng)滑片移到中點(diǎn)附近時(shí)，燈泡的電壓U=$\frac{P}{I}$=$\frac{2.1W}{0.28A}$=7.5V，所以小燈泡的額定電壓為6.3V．U=U_額+U_變
若變阻器為“5Ω 3 A”，U=6.3V+0.28A×$\frac{1}{2}$×5Ω=7.0V，因?yàn)殡娫从纱��?lián)節(jié)數(shù)可變的干電池組成（其電壓為1.5伏的整數(shù)倍），所以7.0V，不符合要求（舍去）；
若變阻器為“20Ω 2 A”，U=6.3V+0.28A×$\frac{1}{2}$×10Ω=9.1V，
因電源電壓為1.5伏的整數(shù)倍，所以電源電壓為9.0V．
③若電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，由U=U=U_額+U_變，可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為9V-6.3V=2.7V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光．
若電壓表并聯(lián)在小燈兩端，則電壓表為6.3V時(shí)，小燈正常發(fā)光．
則小燈的額定電功率P_額=U_額I_額=6.3V×0.28A=1.764W．
故答案為：①0.28；②9V；③1.764W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)電功率實(shí)驗(yàn)．關(guān)鍵是要推測(cè)出電源電壓和燈的額定電流，要由連接電路時(shí)滑動(dòng)變阻器的位置及串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)分析，此題容量較大，需要仔細(xì)閱讀題目，方可解答．