Question

小明、小红同学分别做“测定小灯泡的电功率”实验，他们使用的器材中，电源电压相同且不变（为4V、6V或8V中的一个），滑动变阻器A和B，分别标有“10Ω  2A”和“20Ω  2A”字样），两待测小灯泡（灯丝电阻受温度影响）额定电压分别为2.4V和3.6V。两同学各自选取一个变阻器，小灯泡、电压表（0～3V），电流表（0～0.6A），开关和若干导线，连接电路，并进行实验。

①小明同学选用额定电压为2.4V的小灯泡，按图甲连接电路，操作规范，实验步骤正确，闭合开关小灯泡就正常发光；

②小红同学为了完成实验，设计了图乙所示电路图并连接了电路，闭合开关后，当滑片移动到中点时（即滑动变阻器接人一半的电阻），小灯泡正常发光；

③经过测量和计算，他们发现两灯泡的额定功率恰好相同。

(1)请根据相关条件得出电源电压为_____V；

(2)小红同学观察到电压表示数为_____V，小灯泡正常发光，所选的滑动变阻器是_____（选填“A”或“B”）；小灯泡的额定功率为_____W；

(3)当小灯泡都正常发光时，图甲中变阻器R₁电功率为P₁，图乙中变阻器R₂电功率为P₂，则P₁ :P₂=_____；

(4)图乙中当灯泡正常发光时，将滑动变阻器的滑片向右移动，在保证各元件安全工作的条件下，变阻器的电功率将（________）。

A．先变大后变小        B．先变小后变大

C．一直变大        D．一直变小

Answer

6V 2.4V B 0.864 C

【解析】

(1)[1]根据题意可知，选用额定电压为2.4V的灯泡进行实验，正确连接电路，操作规范，闭合电键小灯就正常发光，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大，并且滑动变阻器两端电压等于电源电压与灯泡额定电压之差，即U−2.2V；选用灯泡的额定电压为3.6V，由于电压表的量程为0∼3V，则电压表并联在滑动变阻器两端，灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压为：U−3.6V；因为两灯泡正常发光的功率相同，由P=UI可知

2.4V =3.6V

若U=4V

R1:R2=4:3

若U=6V

R1:R2=1:2

若U=8V

R1:R2=14:32

故只有电源电压U=6V时，符合两个滑动变阻器之比。

(2)[2]根据串联电路电压的规律，小红同学观察到电压表示数为

UV=6V−3.6V=2.4V

电压表示数为2.4V。

[3]此时小灯泡正常发光，所选的滑动变阻器为“20Ω2A”，即B变阻器。

[4]电路的电流为

I乙== =0.24A

小灯泡的额定功率为

P=U额B×I乙=3.6V×0.24A=0.864W

小灯泡的额定功率为0.864W。

(3)[5]由串联电路的规律及欧姆定律，甲中的电流为

I甲===0.36A

当小灯泡都正常发光时，根据P=UI，图甲中变阻器R1电功率为

P1=3.6V×0.36A=1.296W

乙中变阻器R2的电功率为

P2=2.4V×0.24A=0.576W

则

P1:P2=1.296W:0.576W=9:4

图甲中变阻器R1 电功率与图乙中变阻器R2的电功率之比为9:4。

(4)[6]变阻器的电功率：

P滑=I2 R2=()2×R2==

由上式知，当R2=RL，变阻器的功率最大；在乙中，灯正常发光的电阻

RL===15Ω

此时变阻器滑片在中点处，即为10Ω，将滑动变阻器的滑片向右移动，变阻器连入电路的电阻变大，电压表示数变大，电路中的电流变小，灯的电压变小，根据P=UI，灯的功率变小，灯的温度降低，灯的电阻变小，因电压表量程为0−3V，在保证各元件安全工作的条件下，当电压表示数为3V时，灯的电压也为6V−3V=3V，由分压原理，此时R2=RL，由上知，变阻器的电功率为最大，故图乙中当灯泡正常发光时，将滑动变阻器的滑片向右移动，在保证各元件安全工作的条件下，变阻器的电功率将一直变大，故选C。