在“测量小灯泡的电功率”的实验中,实验室提供如下器材:电源(电压恒为6V)、电压表和电流表各一个、额定电压为2.5V的待测小灯泡L(电阻约为10Ω)、滑动变阻器两个(R甲:“10Ω1A“;R乙:“50Ω0.5A“)、开关S、导线若干。
(1)该实验的原理是电功率P=
(2)实验中,应选用的滑动变阻器是 (选填“R甲”或“R乙”);
(3)选用滑动变阻器后,请你根据以上器材设计一个测量小灯泡电功率的实验电路图,并画在图甲的虚线框内;
(4)某小组在实验中记录了3组小灯泡的电流随电压变化的情况,如图乙所示,完成实验后小组进一步求得该小灯泡正常发光时的电阻为 Ω(保留到小数点后一位)
(5)另一小组实验时,发现电流表已经损坏,为了测出该小灯泡的额定功率,小组在实验室选了一个10Ω的电阻R0和一个单刀双掷开关,设计了如图丙所示的电路并完成了该实验(电源电压不变):
①闭合开关S,S1接b,调节滑动变阻器R使小灯泡正常发光,记录电压表示数U1。
②闭合开关S,滑动变阻器滑片保持不动,S1接a,读出此时电压表示数为U2。
则小灯泡额定功率P额= (用R0、U1、U2表示)。
解:(1)该实验的原理是电功率P=UI;
(2)电源(电压恒为6V)、额定电压为2.5V的待测小灯泡L(电阻约为10Ω),由欧姆定律,灯的额定电流为:
I===0.25A,根据串联电路的规律及欧姆定律,变阻器连入电路的电阻:
R滑===14Ω;
故选用滑动变阻器R乙;
(3)测量小灯泡电功率的实验电路图如下所示:
(4)由欧姆定律,求得该小灯泡正常发光时的电阻为:
R==≈10.4Ω;
(5)①闭合开关S,S1接b,调节滑动变阻器R使小灯泡正常发光,记录电压表示数U1。
②闭合开关S,滑动变阻器滑片保持不动,S1接a,读出此时电压表示数为U2。
在②中,电压表测灯与定值电阻的电压,
因保持滑片位置不动,各电阻的大小和电压不变,灯仍正常工作,根据串联电路电压的规律,此时定值电阻的电压为U2﹣U1;由欧姆定律灯的额定电流:
I=,
则小灯泡额定功率:
P额=U1×。
故答案为:(1)UI;
(2)R乙;
(3)如上所示;
(4)10.4;
(5)U1×。
如图所示电路中,已知电源电压保持不变,小灯泡L的规格为“6V3W”,滑动变阻器R的最大阻值为30Ω,R0为定值电阻。
(1)小灯泡L正常发光时的电流为多少?
(2)只闭合开关S1和S2,将变阻器滑片从最左端a向右滑动,当变阻器接入电路的阻值为4Ω时,小灯泡L恰好正常发光,则电源电压是多少?
(3)只闭合开关S1和S3,当滑片置于a时,电压表示数为6V,电流表示数为0.2A,此时滑动变阻器消耗的电功率为1.2W,当滑片向右滑动到另外某个位置时,变阻器消耗的电功率仍然为1.2W,试求在这个位置时电流表的示数I。
解:
(1)由P=UI得,小灯泡正常发光时的电流为:
IL===0.5A;
(2)闭合开关S1和S2时,小灯泡L和变阻器串联,电压表测变阻器两端的电压,
因小灯泡L恰好正常发光,小灯泡两端电压为UL=6V,此时电路中的电流为IL=0.5A,
由I=可得,此时滑动变阻器两端的电压:UR=ILR=0.5A×4Ω=2V,
所以电源电压:U总=UL+UR=6V+2V=8V;
(3)闭合开关S1和S3,定值电阻R0和变阻器串联,电压表测变阻器两端的电压,
当滑片置于a时,即变阻器两端的电压U滑=6V,电路中的电流为I0=0.2A,
定值电阻两端的电压:U0=U总﹣U滑=8V﹣6V=2V,
定值电阻的阻值:R0===10Ω;
当滑片滑到另外某个位置时,设此时电流表的示数为I,电压表的示数为U滑′,
由题意知,P滑=U滑′I=1.2W﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
又U总=U滑′+IR0,
即8V=U滑′+10Ω•I﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
所以由①②可得:1.2W=(8V﹣10Ω•I)I,
即10Ω•I2﹣8V•I+1.2W=0,
解方程得I1=0.2A或I2=0.6A,
故在这个位置时电流表的示数I=I2=0.6A。
答:(1)小灯泡正常发光时的电流是0.5A;
(2)电源电压为8V;
(3)电流表的示数是0.6A。
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