问题 问答题

小钰做“测定小灯泡的电功率“实验,小灯泡的额定电压为3.8伏,电源电压为1.5伏的整数倍且不变.她正确连接电路,将滑片移到滑动变阻器的另一端,闭合开关发现电压表、电流表的示数分别为3伏和0.2安,小灯泡的亮度偏暗.然后她向变阻器的另一端移动滑片,发现小灯泡继续变暗;当滑片到达另一端时,电压表、电流表的示数如图所示.

(1)小钰在器材选择中存在的问题是______;在操作过程中存在的问题是______;她所使用的变阻器的最大阻值为______欧.

(2)小钰改正了上述问题,根据实际情况,重新设计电路进行实验,并能通过观察电压表的示数准确判断出小灯泡是否正常发光.当她移动变阻器的滑片到中点位置(即变阻器接入电路的电阻为最大值的一半)时,发现小灯泡恰好正常发光,此时电压表指针恰好位于刻度线上,则电源电压为______伏,小灯泡的额定功率为______瓦.

答案

(1)①闭合开关后,滑动变阻器滑片从一端向另一端移动,灯泡变暗,说明电路中电流变小,总电阻变大,即原来的总电阻最小,则闭合开关后滑动变阻器接入电路的阻值为0,小灯泡两端电压即为电源电压3V,小于灯泡的额定电压3.8V,所选电源电压太小,

此时电路中电流为0.2A,则此时灯丝电阻为R'=

U
I′
=
3V
0.2A
=15Ω,

此时小灯泡偏暗,则小灯泡正常发光时,电流应大于0.2A,灯丝电阻随温度升高而升高,则小灯泡正常发光时电阻大于15Ω;

②当滑动变阻器滑片移至另一端,即接入电路的阻值最大,

不考虑量程,则电压表示数可能为1V或5V,因为电源电压是3V,所以电压表示数为1V,由串联电路特点可知,滑动变阻器两端电压为3V-1V=2V,

不考虑量程,则电流表示数可能为0.1A或0.5A,因为灯泡亮度变暗,电路中电流变小,应小于0.2A,所以电流表示数为0.1A,

∴滑动变阻器的电阻R=

U
I
=
2V
0.1A
=20Ω;

(2)由题意可知,电压表与滑动变阻器并联,滑动变阻器滑片在中点,

则滑动变阻器接入电路的阻值为R=

R
2
=
20Ω
2
=10Ω,

根据(1)中①可知,小灯泡正常发光时,电路中电流大于I'=0.2A,灯丝电阻大于R'=15Ω,则电路中电流小于I″=

UL
R′
=
3.8V
15Ω
=0.25A,

小灯泡正常发光时,电路中的电流IL的取值范围为:0.2A<IL<0.25A,

变阻器两端的电压U=ILR,

数据代入得:0.2A×10Ω<U<2.5A×10Ω,

解得2V<U<2.5V,

∵小灯泡两端电压为3.8V,电源电压U=UL+U

∴电源电压的取值范围为:3.8V+2V<U<3.8V+2.5V,

解得5.8V<U<6.3V,

∵电源电压是1.5V的整数倍,

∴U=6V,灯泡正常发光时滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V,

电路电流IL=

U
R
=
2.2V
10Ω
=0.22A,灯泡能正常发光,灯泡额定功率PL=ULIL=3.8V×0.22A=0.836W,

故电源电压为6V,灯泡额定功率为0.836W.

故答案为:(1)选择电源电压偏小;连接电路时没有将变阻器的滑片放在阻值最大的位置;20;(2)6;0.836.

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