例1:小華正在做“測量小燈泡的電功率”的實驗。 實驗室有以下設(shè)備:電源(電流恒定6V)、小燈泡(額定電流2.5V,鎢絲內(nèi)阻約10Ω)、電流表和電流表開關(guān),規(guī)格為R1:“10Ω1A”和R2“30Ω0.5A”滑動變阻器及數(shù)根導(dǎo)線。
(1)小花設(shè)計了如圖A所示的電路,她應(yīng)選擇的滑動變量的大小為()(R1/R2)。 (2)連接好電路后,合上開關(guān),發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮。 此時,小花( )(can/)確定電路一定有故障。
(3)如果電壓表有指示,電流表無指示,故障原因可能是小燈泡( )(漏電/斷路)。
(4)確認(rèn)電路正確后。 中國聯(lián)通滑動變阻器的滑動片處于不同位置測小燈泡的電功率的原理,小燈泡正常發(fā)光時的UI圖像如圖B所示。 燈泡的額定功率為( )W。
(5)在某次調(diào)節(jié)過程中,小花的滑動變阻器與電路相連的阻值減小了△R1,小燈泡的阻值變化了△R2,則△R1()(小于/大于/等于) △R2。
(6)同組小敏測量燈泡額定功率時,電流表損壞。 肖敏借助身邊的設(shè)備設(shè)計了如圖C所示的電路。 其中,電源電流始終為U,R的電阻值已知。
①合上開關(guān)S和滑動變阻器的()、()(調(diào)節(jié)/不調(diào)節(jié))滑片,使電壓表讀數(shù)為2.5VR;
②閉合開關(guān)S和滑動變阻器的()、()(調(diào)節(jié)/不調(diào)節(jié))滑塊,記錄電壓表讀數(shù)為I;
③小燈泡的額定功率表達(dá)式為:P量=()(用已知量符號表示)。
分析:(1)通過歐姆定理計算出燈的額定電壓,并根據(jù)串并聯(lián)電路定律和歐姆定理計算出燈正常點(diǎn)亮?xí)r連接電路的變阻器的最小電阻值,然后確定變阻器的尺寸;
(2)合上開關(guān)前將滑動變阻器的阻值調(diào)至最大。 如果燈泡不亮,首先檢查滑動變阻器的阻值是否太大,導(dǎo)致電壓太小,從而燈泡不亮;
(3)如果電壓表有指示,則可能是電壓為通路; 若電流表無指示,可能是小燈泡或電流表漏電;
(4)根據(jù)圖B找出額定電流對應(yīng)的電壓,進(jìn)而找出小燈泡的額定功率P=U和I; (5)連接到電路中的滑動變阻器的電阻減小測小燈泡的電功率的原理,電路中的電流減小,總內(nèi)阻減小,結(jié)合圖B分析,此時燈泡的電阻減小,因此電阻滑動變阻器減少的電阻小于燈泡減少的電阻;
(6)測量燈泡的額定功率,應(yīng)先使燈泡正常發(fā)光。 在沒有電流表的情況下,電壓表和定值內(nèi)阻R起到電流表檢測的作用,所以先將R與電壓表串聯(lián),然后將電壓表與燈并聯(lián)。 通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動片,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2.5V/R時,根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律,燈的電流為2.5V,燈正常; 保持滑塊位置不變。 通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換,電壓表測量出燈泡與R并聯(lián)的總電壓。由于電路的連接關(guān)系沒有改變,所以各內(nèi)阻的大小和通過電壓保持不變,燈泡仍能正常發(fā)光。 根據(jù)并聯(lián)電路電壓定律,求得燈的額定電壓,然后根據(jù)P=UI寫出額定功率的表達(dá)式。
答:(1)小燈泡的額定電流約為2.5V,鎢絲內(nèi)阻約為10Ω。 根據(jù)歐姆定律,燈泡的額定電壓約為I=U/R=2.5V1/0Ω=0.25A; 當(dāng)燈正常點(diǎn)亮?xí)r,根據(jù)串聯(lián)電路定律和歐姆定理,連接到電路的變阻器的內(nèi)阻約為:R滑=(U總U)/I=(6V2.5V)/0.25A = 14Ω > 10Ω,因此,選擇R2“30Ω0.5A”滑動變阻器;
(2)合上開關(guān)前,將滑動變阻器的阻值調(diào)到最大。 如果燈泡不亮,首先檢查滑動變阻器的電阻是否太大,導(dǎo)致電壓太小,從而燈泡不亮。 因此,小華不能確定電路一定有故障;
(3)如果電壓表有指示,則可能是電壓為通路; 若電流表無指示,可能是小燈泡或電流表漏電;
(4)由圖B可知,當(dāng)小燈泡兩端電流為2.5V時,對應(yīng)電壓為0.25A,則小燈泡的額定功率P=U=I=2.5V ×0.25A=0.625W;
(5)連接電路的滑動變阻器的電阻值減小,電路中的總電壓減小,總內(nèi)阻減小。 結(jié)合圖B分析,當(dāng)電壓降低時,燈泡的內(nèi)阻也隨之降低。 根據(jù)R=R滑動+R發(fā)光,所以滑動變阻器減少的電阻小于燈泡減少的電阻,即△R1小于R2;
(6)①測量燈泡的額定功率,應(yīng)先使燈泡正常發(fā)光,所以先合上開關(guān)S、S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑塊,使電壓表的讀數(shù)為0.25視/R。 根據(jù)定律和歐姆定理,此時燈的電流為2.5V,正常發(fā)光;
②閉合開關(guān)S、S1,保持滑塊位置不變。 通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換,電壓表測量出燈泡與R并聯(lián)的總電壓。由于電路的連接關(guān)系沒有改變,所以各內(nèi)阻的大小和通過電壓保持不變,燈泡仍能正常發(fā)光;
③根據(jù)并聯(lián)電路電壓定律,燈的額定電壓為I2.5V/R,小燈泡的額定功率表達(dá)式為:P=U=I=2.5V×(I2.5V/R )。
所以答案是:(1)R2; (2) 否; (3)泄漏; (4)0.625W; (5) 小于; (6)①S2、調(diào)整; ②S1,不調(diào)整; ③2.5V×(I2.5V/R)。