在“测小灯泡电功率”的实验中,实验室有以下器材:电源(电压恒为4.5V)、标有2.5V的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器“20Ω1A”、开关各一个,定值电阻三个(10Ω、20Ω、30Ω)、导线若干。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中电路连接完整。要求:滑动变阻器滑片向左移动时小灯泡亮度变亮。
(2)电路连接好后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片进行多次实验,并将其中三次数据记录在表格中,根据数据求出小灯泡的额定功率为 W。
实验次数 | 1 | 2 | 3 |
电压表示U/V | 2.0 | 2.5 | 2.8 |
电流表示数I/A | 0.20 | 0.24 | 0.26 |
(3)上述实验结束后,小华同学想进一步“探究电流与电阻的关系”,他将小灯泡取下后,按图乙电路在R的位置依次换成已有的定值电阻(10Ω、20Ω、30Ω)先后接入电路,为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V,应在电路中再串联一个阻值范围为 Ω至 Ω的电阻Rˊ。
解:(1)滑动变阻器滑片向左移动时小灯泡亮度变亮,即电流变大电阻变小,故变阻器滑片以左电阻丝连入电路中,如下所示:
(2)灯在额定电压下的功率为额定功率,由中数据知,灯的额定电压为2.5V时,电流表示数为0.24A,故灯的额定功率:P=UI=2.5V×0.24A=0.6W;
(3)为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压为:4.5V﹣2.5V=2V,变阻器分得的电压为定值电阻电压的=0.8倍:
当接入30Ω的电阻时,根据分压原理,变阻器连入电路中的电阻R滑1=0.8×30Ω=24Ω,而变阻器的最大电阻为20Ω,将变阻器与R′视为一个整体,故R′的最小值,
R′小=R滑1﹣R滑=24Ω﹣20Ω=4Ω,
当接入10Ω的定值电阻时,同理,变阻器连入电路中的电阻R滑2=0.8×10Ω=8Ω,将变阻器与R′视为一个整体,当变阻器连入电路中的电阻为0时,R′=8Ω即可;
故为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V,应在电路中再串联一个阻值范围为4Ω至8Ω的电阻。(当接入20Ω的定值电阻时,同理,变阻器连入电路中的电阻R滑2=0.8×20Ω=16Ω,可将变阻器连入电路中的电阻为4Ω﹣12Ω即可)。
故答案为:(1)如上;(2)0.6;(3)4;8。