Question

14．甲、乙兩同學用相同的器材進行“測定小燈泡額定功率”的實驗．實驗器材有：4.5伏的電源、標有“3.8伏”字樣的小燈泡、標有“5歐 3安”的滑動變阻器、表盤如圖所示的電壓表和電流表、電鍵及導線若干．甲同學正確連接電路，實驗步驟正確，移動滑片發(fā)現(xiàn)無法精確測出額定電壓．于是他對電路進行了適當?shù)恼{整，并將滑片置于變阻器的一端，閉合電鍵，電壓表示數(shù)為1.4伏．乙同學按照甲同學調整后的電路連接，然后將滑片置于變阻器的一端，閉合電鍵，電流表示數(shù)為0.32安．接著，他們均將變阻器的滑片移動至小燈正常發(fā)光，經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)兩個電流表示數(shù)變化量的大小恰好相等．

（1）畫出甲同學調整后的實驗電路圖．
（2）求小燈正常發(fā)光時的電流及額定功率．（保留計算過程）

Answer 1

分析 （1）測定小燈泡額定功率，甲同學正確連接電路，實驗步驟正確，說明電壓表并聯(lián)在燈的兩端；根據(jù)電壓表選用的量程確定分度值，將燈額定電壓與電壓表分度值比較確定移動滑片發(fā)現(xiàn)無法精確測出額定電壓的原因；
為解決上述問題，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，結合電壓表小量程分度值，確定電壓表連接的位置，畫出甲同學調整后的實驗電路圖；
（2）根據(jù)調整后的實驗電路圖，由題目條件結合歐姆定律確定甲同學變阻器滑片的位置，根據(jù)歐姆定律求出甲電路中電流大��；根據(jù)題目條件結合電阻的串聯(lián)、歐姆定律確定乙同學變阻器滑片的位置；
根據(jù)甲乙兩個電路的連接判斷使燈正常發(fā)光電路中電流的變化；
結合對比后發(fā)現(xiàn)兩個電流表示數(shù)變化量的大小恰好相等，從而求出燈的額定電流；
根據(jù)P_L=U_LI_L求燈的額定功率．

解答 解：（1）由題意，甲同學正確連接電路，實驗步驟正確，電流表、變阻器與燈串聯(lián)在電路中，電壓表并聯(lián)在燈的兩端，因燈的額定電壓為3.8V，電壓表選用大量程，分度值為0.5V，但額定電壓3.8V不是分度值的整數(shù)倍，故移動滑片發(fā)現(xiàn)無法精確測出額定電壓；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當變阻器的電壓為4.5V-3.8V=0.7V時，燈正常發(fā)光，而0.7V是小量程分度值（0.1V）的整數(shù)倍，
所以他可將電壓表選用小量程并聯(lián)在變阻器的兩端，可較準確的測量出電壓，即可解決這個問題，如下所示：

（2）他對電路進行了適當?shù)恼{整，并將滑片置于變阻器的一端，閉合電鍵，電壓表示數(shù)為1.4伏，可知此時變阻器連入電路中的電阻最大（當電阻最小時，電壓表示數(shù)為0），滑片置于最左端了，R_滑=5Ω，
由歐姆定律，電路中的電電流：
I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.4V}{5Ω}$=0.28A…①；
乙同學按照甲同學調整后的電路連接，然后將滑片置于變阻器的一端，閉合電鍵，
電流表示數(shù)為I₂=0.32A…②，
因0.32A大于0.28A，
根據(jù)歐姆定律，說明此是電路的總電阻小于甲同學連接的電路的電阻，故變阻器滑片置于最右端了；
接著，他們均將變阻器的滑片移動至小燈正常發(fā)光，
即甲向右移動滑片，變阻器連入電路中的電路減小，電路的電流增大，
而乙向左移動滑片，使變阻器連入電路中的電阻電路中增大，電流減小，
此時電壓表示數(shù)為0.7V，燈正常發(fā)光時，
甲電路中的電流I′₁=I_L；乙電路中的電流I′₂=I_L；
經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)兩個電流表示數(shù)變化量的大小恰好相等，
△I₁=△I₂，
即：I_L-I₁=I₂-I_L…③，
將①②代入③得：
I_L-0.28A=0.32A-I_L；
燈正常發(fā)光時電流：
I_L=$\frac{0.28A+0.32A}{2}$=0.3A；
所以，燈的額定功率P_L=U_LI_L=3.8V×0.3A=1.14W．
故答案為：（1）如上所示；（2）小燈正常發(fā)光時的電流為0.3A，額定功率為1.14W（過程如上）．

點評 本題測定小燈泡額定功率，考查電路的常規(guī)連接及嘗試對實驗方案的改進、分析推理能力和串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律的靈活運用，綜合性強，難度大，為壓軸題．發(fā)拙題目的隱含條件，找出開始時移動滑片發(fā)現(xiàn)無法精確測出額定電壓的原因是解題的關鍵．