Question

8．為了研究小燈泡在不同電壓下工作時（實際電壓不允許超過額定電壓的五分之一），消耗的電功率是否相同，某同學(xué)選取一個額定電壓為2.5V的小燈泡．
（1）請你幫他設(shè)計電路，并在答題卡的指定位置畫出電路圖；
（2）他還準備了：蓄電池（6V），電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、滑動變阻器R₁（10Ω   0.6A）、滑動變阻器R₂（50Ω   0.6A）、開關(guān)、導(dǎo)線若干．為了完成實驗，應(yīng)選擇滑動變阻器R₂接入電路，電壓表選用0～3V量程；
（3）由實驗測得，通過小燈泡的電流隨電壓變化的關(guān)系圖線如圖所示．由圖可知，小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流是0.2A，此時消耗的電功率為0.5W；
（4）通過數(shù)據(jù)分析可以得出：小燈泡在不同電壓下的功率不同．

Answer 1

分析 （1）由實驗?zāi)康拇_定要測量的量結(jié)合歸納法，據(jù)此畫出電路圖；
（2）（3）燈在額定電壓下燈正常發(fā)光，根據(jù)通過小燈泡的電流隨電壓變化的關(guān)系圖線找到，小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流，此時消耗的電功率為P=U_LI求燈的額定功率；根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光時的電阻大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定燈正常發(fā)光時變阻器連入電路中的電阻大小確定變阻器的規(guī)格；
（4）分別求出燈在不同電壓下的功率得出結(jié)論．

解答 解：（1）研究小燈泡在不同電壓下工作時（實際電壓不允許超過額定電壓的五分之一），消耗的電功率是否相同，故應(yīng)用電壓表測量出燈電壓，用電流表測出此時燈的電流，根據(jù)P=UI求燈的實際功率，為得出普遍性的規(guī)律，要多次測量，故要將滑動變阻器串聯(lián)在電路中，如下所示：

（2）（3）燈在額定電壓下燈正常發(fā)光，由通過小燈泡的電流隨電壓變化的關(guān)系圖線可知，小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流是0.2A，此時消耗的電功率為：
P=U_LI=2.5V×0.2A=0.5W；
燈正常發(fā)光時的電阻：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，燈正常發(fā)光時變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，變阻器分得的電壓是燈的電壓的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路 中的電阻為：
R_滑=1.4×12.5Ω=17.5Ω＞10Ω，故選用（50Ω 0.6A）滑動變阻器R₂；
因燈的額定電壓為2.5V，又實際電壓不允許超過額定電壓的五分之一，即$\frac{1}{5}$×2.5V=0.5V，故燈的實際電壓不超過3V，故電壓表選用0～3V量程；
（4）由圖中數(shù)據(jù)可知，燈的電壓為U₁=1.5V時，通過的電流為I₁=0.15A，燈的實際功率：
P₁=U₁I₁=1.5V×0.15A=0.225W；
同理，當(dāng)燈的電壓為3V時，通過的電流約為0.22A，燈的實際功率為0.66W，
小燈泡正常發(fā)光時，通過燈絲的電流是0.2A，此時消耗的電功率為P=U_LI=2.5V×0.2A=0.5W；
所以，小燈泡在不同電壓下的功率不同．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）R₂；0-3V；（3）0.2；0.5；（4）小燈泡在不同電壓下的功率不同．

點評 本題究小燈泡在不同電壓下工作時消耗的電功率，考查電路的設(shè)計、器材的選擇、功率的求解等知識．