Question

【題目】小嘉做“測定小燈泡的電功率”實驗，小燈的額定電壓可能為2.2伏或3.8伏，且額定功率小于1瓦．實驗室提供了電壓為2伏的電池若干節．她正確連接電路，并將滑片移到滑動變阻器的一端，閉合電鍵觀察到電壓表的示數如圖（a）所示，小燈的亮度很暗．然后她將變阻器的滑片向另一端移動，觀察到電流表示數變��；當滑片到達另一端時，電壓表、電流表的示數如圖（b）、（c）所示．

①小嘉在器材選擇和在操作過程中均存在問題，她在操作過程中存在的問題是________；圖（a）中電壓表的讀數為________

②小嘉改正了上述問題，重新設計電路進行實驗．當她移動變阻器的滑片到中點位置（即變阻器接入電路的電阻為最大值的一半）時，小燈泡恰好正常發光，此時電壓表指針恰好位于刻度線上，求小燈泡額定功率．________

Answer 1

【答案】連接電路時，變阻器的滑片沒有置于阻值最大處 2V 0.836W

【解析】

根據歐姆定律，結合題干中“她將變阻器的滑片向另一端移動，觀察到電流表示數變小”確定操作過程中存的問題；由圖（a）得到電壓表的示數；
根據串聯電路電壓的規律，確定圖（b）電壓表的示數，從而求出變阻器分得的電壓；
根據因燈的額定功率小于1W，求出燈正常發光時的電流范圍，確定電流表的示數，根據歐姆定律求出變阻器的最大阻值；
根據燈泡額定電壓是3.8V，且電壓表指針指在刻度線上，排出電壓表并聯在燈的兩端的可能，從而確定電壓表連接的位置；
因電源電壓是2V的整數倍，判斷電源電壓的可能的大小，根據串聯電路電壓規律和變阻器連入電路中的阻值大小，由歐姆定律求出電路中的可能電流大小，結合燈正常發光時的電流范圍，確定電源電壓的值，從而判斷出燈的額定電壓和額定電流，根據PL=ULIL求出燈的額定功率。

①正確連接電路，并將滑片移到滑動變阻器的一端，然后她將變阻器的滑片向另一端移動，觀察到電流表示數變小，由歐姆定律可知此時變阻器連入電路中的電阻變大了，由此可知，開始時滑片移到滑動變阻器的一端是變阻器滑片連入電路中電阻為0的一端，即此時電路中只有燈泡；圖（a）所示電壓表，若選大量程，分度值為0.5V，示數為10V；若選小量程，分度值為0.1V，示數為2V，因燈的額定電壓可能為2.2伏或3.8伏，小燈的亮度很暗，所以電壓表示數即電源電壓只能為2V（由此可判斷，燈的額定電壓應為3.8V），所以，小嘉在操作過程中均存在的問題是：連接電路時，變阻器的滑片沒有置于阻值最大處，電源電壓為2V；
②然后她將變阻器的滑片向另一端移動，觀察到電流表示數變��；當滑片到達另一端時，即變阻器的最大阻值與燈泡串聯，電壓表、電流表的示數如圖（b）、（c）所示。
圖（b）電壓表，當使用大量程時，分度值為0.5V，示數為4V；當使用小量程時，分度值為0.1V，示數為0.8V，根據串聯電路電壓的規律，此時燈的電壓應小于2V，所以燈的電壓為0.8V，變阻器的電壓為U滑=2V-0.8V=1.2V；
圖（c）電流表，當選用大量程時，分度值為0.1A，示數為0.3A；當選用小量程時，分度值為0.02A，示數為0.06A，因燈的額定功率小于1W，所以燈正常發光時的電流，故此時電流表示數只能為I′=0.06A（因燈的電壓為0.8V＜2V，燈比第1次中的很暗還將變暗時的電流大小為0.06A），所以變阻器的最大阻值，小嘉改正了上述問題，重新設計電路進行實驗。當她移動變阻器的滑片到中點位置，即變阻器接入電路的電阻為最大值的一半，，因燈泡額定電壓電壓是3.8V，如果電壓表與燈泡并聯，若用小量程，燈泡正常發光時超過其量程，則電壓表應該用大量程，而大量程的分度值是0.5V，燈泡額定電壓是3.8V，燈泡正常發光時，電壓表指針不可能指在刻度線上，所以，電壓表應該與滑動變阻器并聯。
電源電壓為2V的整數倍，因燈的電壓為3.8V時正常發光，故電源電壓至少為4V：
a若電源電壓為4V時，根據串聯電路電壓的規律，變阻器的電壓為U滑1=4V-3.8V=0.2V，燈正常工作時電路中的電流，，即正常發光時的電流小于燈最暗時的電流，這是不可能的；
b若電源電壓為6V，根據串聯電路電壓的規律，變阻器的電壓為U滑2=6V-3.8V=2.2V，燈正常工作時電路中的電流，符合題目條件；
c若電源電壓為8V，根據串聯電路電壓的規律，變阻器的電壓為U滑3=8V-3.8V=4.2V，燈正常工作時電路中的電流，不符合題目條件；
所以電源電壓為6V，燈正常發光時電流IL=0.22A，燈的額定功率PL=ULIL=3.8V×0.22A=0.836W。