Question

15．在“测小灯泡电功率”的实验中，所用器材有：额定电压为3.8V小灯泡、电压恒为6V的电源、电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、电压表（量程为0～3V、0～15V）、标有“20Ω  lA”的滑动变阻器、开关及导线若干．

（1）小明实验时按如图甲所示方式连接电路，调节滑片到某一位置时，灯恰好正常发光．此时电流表的示数如图乙，则通过小灯泡的电流为0.32A，小灯泡的额定功率为1.22W，为使灯泡功率不超过额定功率，滑动变阻接入电路最小阻值为6.88Ω．
（2）小明经过多次实验，记录了多组电压与电流值，并绘出如图丙所示图象．通过分析图象，发现小灯泡灯丝电阻是变化的，这是由于灯丝的电阻随电压（温度）的变化而变化；将两个这样相同规格的小灯泡串联接在6V电源两端，两灯消耗的总功率为1.8W．
（3）小华在实验中发现，本组的电压表0～15V的量程已损坏，而0～3V的量程可以使用．经过小组讨论，小华按照下列步骤完成了小灯泡额定功率的测量．
a．将电压表并联在ab两端，滑动变阻器的滑片置于阻值最大处，闭合开关，向左移动滑动变阻器滑片，使电压表的示数为3V；
b．保持滑动变阻滑片位置不动，断开开关，将电压表并联在bc两端，闭合开关，向左（选填“左”或“右”）移动滑动变阻器滑片，使电压表的示数为2.2V，读出电流表示数；
c．计算灯泡的额定功率．

Answer 1

分析 （1）由图丙知，电流表使用小量程，认清分度值读数；根据P=UI计算额定功率；
为使灯泡功率不超过额定功率，小灯泡的实际电压不能超过其额定电压，根据分压原理求滑动变阻接入电路最小阻值；
（2）灯丝的电阻随电压（温度）的变化而变化；
两个这样相同规格的小灯泡串联接在6V电源两端，每个灯分得3V电压，根据图象得对应的电流，根据P=UI求总功率；
（3）本题不能直接将电压表并联在滑动变阻两端，否则，容易导致电压表烧坏或灯烧坏．灯的电压为3V，根据分压原理确定滑片移动的方向，根据串联电路电压的特点，确定电压表示数．

解答 解：（1）电流表使用小量程，分度值为0.02A，灯正常发光时通过小灯泡的电流为0.32A；所以，
灯的额定电功率P_额=U_额I=3.8V×0.32A=1.22W；
灯正常发光时的电阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.8V}{0.32A}$=11.88Ω，为使灯泡功率不超过额定功率，灯两端的电压不能超过其额定电压3.8V，根据串联电路电压的特点，则滑动变阻至少分去6V-3.8V=2.2V的电压，根据分压原理，$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，滑动变阻器接入电路中的最小阻值为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=_-$\frac{2.2V}{3.8V}$×11.88Ω=6.88Ω；
（2）通过分析图象，发现小灯泡灯丝电阻是变化的，这是由于灯丝的电阻随电压（温度）的变化而变化；
将两个这样相同规格的小灯泡串在6V电源两端，根据分压原理，每灯两端的电压为3V，由图丙知，灯的电流为0.3A，电路消耗的总功率为P_总=UI=6V×0.3A=1.8W；
（3）明确a步骤的目的，是为了保护灯和电压表的安全．因保持滑动变阻滑片位置不动，故将电压表改接在bc两端时，电压表示数为6V-3V=3V，灯的电压也为3V，从而保证了灯和电压表的安全．要测灯的额定功率，灯两端的电压应增大，滑动变阻两端的电压应减小，根据分压原理，滑动变阻器的滑片应向左移动，使电压表示数为6V-3.8V=2.2V．
故答案为：（1）0.32；1.22；6.88；
（2）灯丝的电阻随电压（温度）的变化而变化；1.8；
（3）左；2.2．

点评 本题测小灯泡的电功率，要明确灯的电阻随电压的变化而变化，不同的电压对应不同的电流．本题的难点在（3），在特殊情况下如何利用现有器材测灯的额定电功率．