Question

12．某同学用如图所示的电路测定小灯泡的电功率．电源电压保持不变，小灯泡上标有“5V”字样，滑动变阻器R₂的最大阻值为20欧，电流表的量程为0～0.6安，电压表的量程为0～15伏，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片P的位置，得到下表的实验数据：

次数	V1表示数 （伏）	V2表示数 （伏）	A表示数 （A）
1	10	7	0.3
2	10	6	0.4
3	10	5	0.5

则此小灯泡的额定功率为2.5W；改变滑片P的位置可使小灯泡消耗的功率最小，此最小功率为1.11W；为保证电表安全使用，变阻器连入电路的最小电阻为10Ω．

Answer 1

分析 由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表V₁测电源的电压，电压表V₂测滑动变阻器两端的电压，电压表V₃测灯泡两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据表格得出电路中的电流，利用P=UI求出灯泡的额定功率；
（2）根据欧姆定律求出灯泡的电阻，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时灯泡的实际功率最小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，利用P=I²R求出灯泡的最小功率；
（3）比较灯泡正常发光时电路中的电流和电流表的量程确定电路中的最大电流，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出滑动变阻器接入电路中的最小阻值．

解答 解：由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表V₁测电源的电压，电压表V₂测滑动变阻器两端的电压，电压表V₃测灯泡两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，灯泡两端的电压U_L=5V时，滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U_L=10V-5V=5V，
由表格数据可知，电路中的电流I=0.5A，则灯泡的额定功率：
P_L=U_LI=5V×0.5A=2.5W；
（2）由I=$\frac{U}{R}$可得，灯泡的电阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω，
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，灯泡的实际功率最小，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电路中的最小电流：
I_小=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{滑大}}$=$\frac{10V}{10Ω+20Ω}$=$\frac{1}{3}$A，
灯泡的最小实际功率：
P_L小=I_小²R_L=（$\frac{1}{3}$A）²×10Ω=$\frac{10}{9}$W≈1.11W；
（3）因串联电路中各处的电流相等，且灯泡正常发光时的电流为0.5A，电流表的量程为0.6A，
所以，电路中的最小电流为0.5A，此时滑动变阻器接入电路中的电阻最小，
则R=$\frac{U}{{I}_{小}}$=$\frac{10V}{0.5A}$=20Ω，
滑动变阻器接入电路中的最小阻值：
R_滑小=R-R_L=20Ω-10Ω=10Ω．
故答案为：2.5W；1.11W；10Ω．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用，关键是从表格中获取有用的信息．