Question

8．一小灯泡上标明额定电压为4V，额定功率看不清楚．小明和同学们用电阻箱、电流表、开关、12V的稳压电源各一个，连成了如图所示的电路，其中R为电阻箱．小明测出了电流表示数随电阻箱阻值变化的几组值，并将其记录在以下的表格中．

电流/A	0.90	0.80	0.50	0.36	0.28	0.22
电阻/Ω	8	10	20	30	40	50

（1）当电路中电流为0.50A时，电阻箱两端的电压是10V，小灯泡的电阻为4Ω．
（2）根据表中数据，请求出小灯泡的额定功率是3.2W．
（3）在分析实验数据时，小明的同学发现小明记录的数据中有一个电流值有错误，这个错误数据是0.22A．
（4）小明的同学认为利用图示器材还能进行下列实验，其中无法完成的是C．
A．测量小灯泡正常工作时的电阻    B．探究小灯泡的亮度与灯泡功率的关系
C．探究导体中的电流与电压的关系  D．探究串联电路中电流的特点．

Answer 1

分析 （1）由实验数据知，当电流为0.50A时，电阻箱接入电路的电阻，利用U=IR得到电阻箱两端电压；已知电源电压和电阻箱两端电压，可以得到灯泡两端电压；已知灯泡两端电压和通过的电流，利用R=$\frac{U}{I}$得到灯丝电阻；
（2）灯泡正常发光时，两端电压为额定电压，已知电源电压和灯泡两端电压，可以得到电阻箱两端电压；利用电阻箱两端电压确定表格中电流和电阻的对应关系；已知电路电流和灯泡额定电压，利用P=UI得出额定功率．
（3）确定错误的电流值，应该利用公式I=$\frac{U}{I}$，从电压或电阻两方面分析，已知电源电压不变，所以电流错误从电阻角度考虑．
（4）明确每一个实验的原理和基本实验过程，就能确定正确的选项．

解答 解：（1）由实验数据知，当电路电流为I=0.5A时，电阻箱接入电路的电阻为R=20Ω，电阻箱两端电压为U_R=IR=0.5A×20Ω=10V；
灯泡两端电压为U_L=U-U_R=12V-10V=2V，
所以灯泡的电阻为R_L=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（2）灯泡正常发光时，电阻箱两端电压为U′_R=U-U_额=12V-4V=8V；
因为U=IR，也就是8V=IR，查表知，此时通过电阻箱的电流为0.8A
所以灯泡的额定功率为P_额=U_额I_额=0.8A×4V=3.2W；
（3）由表中数据可知，当电路电流I=0.22A时，
电阻箱接入电路的阻值为50Ω，
因为I=$\frac{U}{R}$，
所以电阻箱两端电压为U_R″=I″R″=0.22A×50Ω=11V；
灯泡两端电压为U_L″=U-U_R″=12V-11V=1V，
因为I=$\frac{U}{R}$，
所以此时灯泡的电阻为R_L″=$\frac{{{U}_{L}}^{″}}{I″}$=$\frac{1V}{0.22A}$≈4.5Ω，
由上面的计算知，在电流为0.5A时，灯泡电阻为4Ω，由于灯丝电阻随温度的升高而增大，
随电路电流的减小而减小，倒数第一组数据中，灯泡电阻应该小于4Ω，根据表中数据求出灯泡电阻为4.5Ω，则电流值0.22A是错误的．
（4）A 既然能完成上面的第一小题，所以此实验可完成；
B 灯泡亮度决定于实际功率，改变电阻箱接入电路的电阻，灯泡两端电压发生改变，亮度相应改变，所以此实验可完成；
C 探究电流与电压的关系，需要保持电阻一定，而灯泡电阻随电流大小发生改变，所以此实验无法完成；
D 在现有器材中，只要改变电流表的位置，就能探究串联电路电流的特点，所以此实验可完成．
故选：C．
故答案为：（1）10；4；（2）3.2；（3）0.22；（4）C．

点评 本题考查了求灯泡电阻、灯泡额定功率、实验数据分析等问题，根据表中实验数据、应用串联电路特点、欧姆定律、电功率公式即可正确解题；灯泡电阻随温度的升高而变大，能够考虑到电阻与温度的关系，是第三小题突破的关键．