某同學(xué)在“測定小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)中,所用電源因電池陳舊而電壓未知,但其電壓高于小燈泡的額定電壓.滑動變阻器標(biāo)有“2A 20Ω”字樣,標(biāo)有“2.5V”字樣且規(guī)格相同的小燈泡若干個(gè),他按照圖所示的電路按正常操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn).當(dāng)P移在b端時(shí),他閉合電鍵,發(fā)現(xiàn)電壓表無讀數(shù),電流表讀數(shù)為0.28安,燈不亮.移動滑片P燈仍不亮,斷開電鍵,換一個(gè)新的小燈泡,再閉合電鍵,燈亮,電流表讀數(shù)減少,但電壓表無讀數(shù).把電壓表換一個(gè)量程,仍無讀數(shù).該同學(xué)經(jīng)過思考、分析后,重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使小燈泡正常發(fā)光,此時(shí)P的位置恰好在滑動變阻器的中點(diǎn)上.
(1)簡述產(chǎn)生上述實(shí)驗(yàn)故障的原因.
(2)求出小燈泡的額定功率.
解:(1)電流表示數(shù)為0.28A,電路通路,燈泡串聯(lián)在電路中,燈泡短路,電壓表測量導(dǎo)線電壓,導(dǎo)線電阻為0,電壓為0.
更換一個(gè)新燈泡之后,燈泡發(fā)光,電壓表還是沒有示數(shù),更換量程之后,還是沒有示數(shù),所以,電壓表壞了.
(2)燈泡短路,只有滑動變阻器全部接入電路,
U總=IR=0.28A×20Ω=5.6V,
更換新燈泡,滑動變阻器接入一半電阻,R'=10Ω,燈泡正常工作,燈泡電壓為2.5V,
所以,滑動變阻器的電壓為:U'=U總-UL=5.6V-2.5V=3.1V,
I'===0.31A,
燈泡額定功率為:P=ULI'=2.5V×0.31A=0.775W.
故答案為:(1)小燈泡短路;電壓表損壞;(2)0.775W.
(1)電流表串聯(lián)在電路中,電流表有示數(shù),電路是通路,燈泡不亮,燈泡短路.
電壓表測量導(dǎo)線電壓,U=IR=I×0Ω=0V.
更換燈泡后,燈泡發(fā)光,電壓表還是無示數(shù),電壓表壞了.
(2)本題有兩個(gè)過程:
第一個(gè)過程,燈泡短路,只有滑動變阻器全部接入,R=20Ω,知道電流和電阻,求得電源電壓.
第二個(gè)過程,燈泡和滑動變阻器串聯(lián),滑動變阻器有一半連入電路,R'=10Ω,燈泡正常工作,知道燈泡電壓和電源電壓,求得滑動變阻器的電壓,再求通過滑動變阻器的電流即燈泡額定電流,根據(jù)P=UI求額定功率.
點(diǎn)評:本題不是常規(guī)測量電功率的方法,而是通過燈泡短路,滑動變阻器全部接入電路,求得電源電壓;再把另一個(gè)新燈泡接入電路正常工作,通過滑動變阻器的電壓和電阻求電流,即燈泡電流.本實(shí)驗(yàn)涉及到更多的計(jì)算,給實(shí)驗(yàn)增大了難度.