調光臺燈上有一個相當于滑動變阻器的旋紐,調節旋紐可控制臺燈的明暗.為了研究臺燈亮度與臺燈實際功率之間的關系,小麗同學連接了如圖所示的電路,她將標“3V,1W”的小燈泡接在電源電壓恒為4.5伏的電路中進行實驗研究.
(1)當電壓表的讀數為________伏時,小燈泡恰好正常發光,此時電路中的電流為________安.
(2)小麗同學在實驗中獲得了如下表所示的數據,請通過計算說明,隨著臺燈實際功率的增大,臺燈亮度如何變化?
實驗次數 | 1 | 2 | 3 | 4 |
電壓表的示數(V) | 0.90 | 1.14 | 1.60 | 1.96 |
電流表的示數(A) | 0.40 | 0.38 | 0.32 | 0.28 |
小燈泡的亮度 | 逐漸變暗 |
解:(1)如圖,“3V,1W”的小燈泡接在電源電壓恒為4.5伏的電路中,電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓,小燈泡正常發光時燈泡兩端的為3V,則電壓表示數為4.5V-3V=1.5V,電路中的電流等于小燈泡的額定電流,即I===0.33A.
故答案為:1.5、0.33.
(2)臺燈兩端的電壓等于電源電壓和電壓表示數之差,二者電流相等,根據P=UI得出小燈泡兩端的實際功率如下:
第1次實驗中,P=UI=(4.5V-0.9V)×0.4A=1.44W;
第2次實驗中,P=UI=(4.5V-1.14V)×0.38A=1.28W;
第3次實驗中,P=UI=(4.5V-1.6V)×0.32A=0.928W;
第4次實驗中,P=UI=(4.5V-1.96V)×0.28A=0.71W;
由此可見,從第1次實驗到第4次實驗,小燈泡的實際功率逐漸變小,小燈泡逐漸變暗;反之,從第4次實驗到第1次實驗,小燈泡的實際功率逐漸變大,小燈泡逐漸變亮.
答:隨著臺燈實際功率的增大,臺燈亮度逐漸變大.
(3)為了便于研究臺燈亮度與臺燈實際功率之間的關系,電壓表必須與臺燈并聯,這樣就可以方便觀察亮度與燈泡兩端電壓的關系.
答:對小麗同學的電路連接進行改進的方法是:把電壓表并到燈泡上,注意接線時的正負極.
(1)由圖可見小燈泡與滑動變阻器串聯,電流表測電路中的電流,電壓表與滑動變阻器并聯,測量的是滑動變阻器兩端的電壓;當小燈泡兩端的電壓等于其額定電壓時,小燈泡正常發光,電路中的電流等于小燈泡的額定電流.
(2)小燈泡的實際功率等于實際電壓和電流的乘積,即P=UI,注意表中記錄的電壓表示數是滑動變阻其兩端的電壓,不是小燈泡兩端的電壓.根據計算出的功率大小,分析功率大小和亮度的關系.
(3)小麗的電路將電壓表與滑動變阻器并聯,電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓,在進行讀數和計算時很不方便.
點評:本題研究用電器亮度與電功率大小的關系,綜合性很強,是最復雜的一個電學實驗,考查學生的電路連接、數據分析處理、歸納總結的能力.