Question

15．小李和小王同学各自进行“测定小灯泡电功率”的实验．实验中使用的小灯规格相同，均标有“2.5V”字样，额定功率在1W～1.5W之间，电源由若干节新干电池组成，其它器材均相同．
小王连接电路，闭合电键，移动变阻器的滑片，电流表示数变化范围为0.06A～0.2A、电压表示数变化范围为0～1.2V，小灯始终无法正常发光．
小李正确连接电路，闭合电键S后，移动滑片，发现当变阻器的滑片恰好在中点上，小灯正常发光．
①判定该小灯正常发光的方法是电压表示数为2.5V；在如图方框中画出实验所用电路图．
②小王原来实验中存在的问题有电源电压太小，电压表并联在滑动变阻器两端．
③小灯的额定功率为1.25瓦，电源电压为7.5伏．

Answer 1

分析 ①灯泡正常发光时两端电压等于额定电压；由P=UI设计实验电路图；
②根据移动滑片电流表和电压表的示数变化范围分析实验中可能存在的问题；
③根据②知，电压表测滑动变阻器两端电压，由此根据串联电路特点和欧姆定律计算电源电压和滑动变阻器的最大值；
由变阻器滑片在中点时灯泡正常发光，先由P=UI计算此时电路中的电流范围，再根据电路特点和欧姆定律得到变阻器两端电压范围，从而判断电源电压的大小；
由电路特点和P=UI计算灯泡的额定功率．

解答 解：
①根据P=UI可知，要测量灯泡的额定功率，需用电压表测其两端电压，用电流表测通过它的电流，用滑动变阻器调节灯泡两端电压，即与灯泡串联；
所以当观察到电压表示数为2.5V时，小灯正常发光．电路图如下图所示：
；
②小灯泡能发光，电压表、电流表均有示数，说明电路无故障；
无论怎么移动滑动变阻器，小灯泡均不能正常发光，说明小灯泡两端的电压无法达到额定电压，可能是电源电压太小；
分析电压表示数可知，电压表示数最小值为0，说明此时电压表并联部分电阻为0，小灯泡电阻不为0，滑动变阻器移动滑片可以使滑动变阻器接入电路的电阻为0，说明电压表并联在滑动变阻器两端；
③连接的电路，滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，根据串联电路的分压特点可知，此时滑动变阻器两端的电压最大，由电压表示数变化范围可知，此时滑动变阻器两端的电压为1.2V，电路中总电阻最大，电流中最小，由电流表示数变化范围可知，此时电流为0.06A，
则滑动变阻器最大阻值：R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.2V}{0.06A}$=20Ω，
I_额=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$，小灯泡额定电压为2.5V，额定功率在1W～1.5W之间，所以：
$\frac{1W}{2.5V}$≤I_额≤$\frac{1.5W}{2.5V}$，
解得：0.4A≤I_额≤0.6A，
当变阻器的滑片恰好在中点上，小灯正常发光，此时滑动变阻器接入电路的阻值为：
R₂=$\frac{1}{2}$R₁=$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，
滑动变阻器两端的电压：U₂=I_额R₂，
数据代入得，0.4A×10Ω≤U₂≤0.6A×10Ω，解得4V≤U₂≤6V，
电源电压U=U₂+U_额，数据代入得，4V+2.5V≤U≤6V+2.5V，解得6.5V≤U≤8.5V，
电源由若干节新干电池组成，每节干电池电压1.5V，所以应该由5节干电池组成，电源电压7.5V；
小灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压：U₂=U-U_额=7.5V-2.5V=5V，
电路中电流：I=I_额=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{5V}{10Ω}$=0.5A，
所以小灯泡的额定功率：P_额=U_额I_额=2.5V×0.5A=1.25W．
故答案为：①电压表示数为2.5V；见上图；②电源电压太小，电压表并联在滑动变阻器两端；③1.25；7.5．

点评 本题考查了对电路存在问题的分析、电源电压、小灯泡额定功率的判断，本题的难点是电源电压的计算，解题的关键是计算出滑动变阻器的最大阻值和根据额定电流范围求出电源电压．