小红小组要测定额定电压为2.5V的小灯泡的电阻.现有如下器材:电流表一只(量程0~0.6A和0~3A);电压表一只(量程为0~3V和0~15V);滑动变阻器两只(“5Ω 1A”、“20Ω 2A”)开关一个;干电池若干节;导线若干.
(1)根据你的估算和实验经验,滑动变阻器应选用________只,实验更便于完成.
(2)小红小组用2节干电池(已使用)正确连接电路后,无论怎样调节滑动变阻器,小灯泡两端的电压都达不到2.5V,她们应该________.
(3)小红小组实验记录和计算如下表:
| 电压U/V | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
| 电流I/A | 0.24 | 0.28 | 0.32 | 0.34 |
| 功率P/W | 0.36 | 0.56 | ||
| 灯泡发光情况 | 灯丝暗红 | 微弱发光 | 正常发光 | 发光很亮 |
②根据她们观察的现象和记录的实验数据,你可以得出的结论是(请说出两点):
________,________;
③请在坐标图中画出小灯泡的电压和电流关系的图象;
④在正常发光下,小灯泡的电阻是________Ω;
⑤根据画出的图象,你得出的结论是:________.
(4)当小红小组将小灯泡两端的电压调到3V正在记录实验数据时,小灯泡突然熄灭,仔细观察小灯泡钨丝被烧断,这时她们进一步观察到的实验现象是:电流表的示数________;电压表的示数________.
(5)小红小组在评价交流时,发现有的组的同学将电压表连接成如图所示电路,则这种连接测量出的电阻值比实际电阻值偏________,其原因是________.
试题答案
解:(1)灯泡额定电压为2.5V,一般选择2节干电池串联,电源电压为3V,灯泡的电阻大约为10Ω,
所以与灯泡串联的滑动变阻器电压为:
U1=U-UL=3V-2.5V=0.5V.
灯泡电流:
I===0.25A,
所以滑动变阻器电阻:
R1===2Ω,
电路电流约为0.25A,电路需要滑动变阻器电阻为2Ω,
选择“5Ω 1A”的滑动变阻器,既能满足实验要求,又能准确测量电压和电流.
(2)已经使用的干电池,内阻增大,向外供电电压减小,两节干电池电压小于3V,要使灯泡获得2.5V电压,要增大电压,换新电池.
(3)①灯泡额定功率为:
PL=ULIL=2.5V×0.32A=0.8W(填入表格).
②灯泡在3V电压时,实际功率为:
P′=U′I′=3.0V×0.34A=1.02W(填入表格).
| 电压U/V | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
| 电流I/A | 0.24 | 0.28 | 0.32 | 0.34 |
| 功率P/W | 0.36 | 0.56 | 0.8 | 1.02 |
| 灯泡发光情况 | 灯丝暗红 | 微弱发光 | 正常发光 | 发光很亮 |
③在图象上描出(0.24,1.5)(0.28,2.0)(0.32,2.5)(0.34,3.0)各点,用光滑的曲线连接各点.如图.
④小灯泡正常发光时的电阻:
RL===7.8Ω.
⑤如图,灯泡电压增大,电流增大,电压增大值更大一些,的值更大,
所以,灯泡电压增大,电流增大,灯丝电阻也在增大.
(4)灯泡熄灭,灯丝烧断,电路断路,电流表串联在电路中无示数,所以电流表示数减小为0,
灯丝烧断后,电压表串联在电路中,电压表测电源电压,所以电压表的示数增大至等于电源电压.
(5)图中电流表测灯泡的实际电流,电压表测电流表和灯泡的总电压,测量值大于灯泡的实际电压,根据R=求得电阻偏大.
故答案为:(1)“5Ω 1A”;(2)换新电池;
(3)①0.8;②灯泡电压增大,实际功率增大;灯泡实际功率增大,灯泡亮度增加;(答案不唯一)③如上图;④7.8;⑤随电压和电流的增大,灯泡灯丝的电阻也在增大;
(4)减小至零;增大至等于电源电压;
(5)大;由于电流表的分压作用,使电压表测出的电压比灯泡两端的实际电压大,计算出的电阻也偏大.
试题解析
(1)灯泡的额定电压为2.5V,一般选择由2节干电池组成的3V电源,灯泡的电阻一般是10Ω左右,根据欧姆定律求出灯泡的电流,再求出与灯泡串联的滑动变阻器两端的电压,求出需要的滑动变阻器的最小电阻.滑动变阻器规格的选择:滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路最大电流,滑动变阻器的最大电阻稍大于电路需要的电阻.
(2)已经使用的干电池向外供电的电压减小,2节使用过的干电池串联后向外供电,电压达不到3V,要使灯泡两端获得3V的电压,可以换2节新干电池.
(3)①在表格中找灯泡在2.5V时的电流,根据P=UI计算灯泡的额定功率.
②根据P=UI计算灯泡在3.0V电压时的实际功率.从表格中分析,I-U、P-U、灯泡亮度与功率的关系.
③在坐标中,描出电压和电流的对应点,描绘灯泡电阻的图象.
④根据R=计算灯泡在2.5V时的电阻.
⑤由图象分析,灯泡电压和电流在增大,电阻如何变化.
(4)灯泡熄灭,灯丝被烧断,电路断路,电流表示数为0,电压表串联在电路中,电压表测电源电压.
(5)如图,在考虑电流表和电压表的内阻时,电流表测灯泡的实际电流,电压表测电流表和灯泡的总电压,测量的电压值比灯泡的实际电压大,求得灯泡电阻偏大.
点评:本题考查了测“小灯泡电功率”的实验中实验器材的正确使用、电路的连接、电路故障分析和利用欧姆定律及电功率的计算等问题,虽综合性强,但都是很基础、很重点的知识,只要掌握以上知识点,解决此题并不是很难.
