Question

8．為了研究小燈泡在不同電壓下工作時（實際電壓不允許超過額定電壓的五分之一），消耗的電功率是否相同，某同學選取一個額定電壓為2.5V的小燈泡．
（1）請你幫他設計電路，并在答題卡的指定位置畫出電路圖；
（2）他還準備了：蓄電池（6V），電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、滑動變阻器R₁（10Ω   0.6A）、滑動變阻器R₂（50Ω   0.6A）、開關、導線若干．為了完成實驗，應選擇滑動變阻器R₂接入電路，電壓表選用0～3V量程；
（3）由實驗測得，通過小燈泡的電流隨電壓變化的關系圖線如圖所示．由圖可知，小燈泡正常發光時，通過燈絲的電流是0.2A，此時消耗的電功率為0.5W；
（4）通過數據分析可以得出：小燈泡在不同電壓下的功率不同．

Answer 1

分析 （1）由實驗目的確定要測量的量結合歸納法，據此畫出電路圖；
（2）（3）燈在額定電壓下燈正常發光，根據通過小燈泡的電流隨電壓變化的關系圖線找到，小燈泡正常發光時，通過燈絲的電流，此時消耗的電功率為P=U_LI求燈的額定功率；根據歐姆定律求燈正常發光時的電阻大小，根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定燈正常發光時變阻器連入電路中的電阻大小確定變阻器的規格；
（4）分別求出燈在不同電壓下的功率得出結論．

解答 解：（1）研究小燈泡在不同電壓下工作時（實際電壓不允許超過額定電壓的五分之一），消耗的電功率是否相同，故應用電壓表測量出燈電壓，用電流表測出此時燈的電流，根據P=UI求燈的實際功率，為得出普遍性的規律，要多次測量，故要將滑動變阻器串聯在電路中，如下所示：

（2）（3）燈在額定電壓下燈正常發光，由通過小燈泡的電流隨電壓變化的關系圖線可知，小燈泡正常發光時，通過燈絲的電流是0.2A，此時消耗的電功率為：
P=U_LI=2.5V×0.2A=0.5W；
燈正常發光時的電阻：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，燈正常發光時變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，變阻器分得的電壓是燈的電壓的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍，根據分壓原理，變阻器連入電路 中的電阻為：
R_滑=1.4×12.5Ω=17.5Ω＞10Ω，故選用（50Ω 0.6A）滑動變阻器R₂；
因燈的額定電壓為2.5V，又實際電壓不允許超過額定電壓的五分之一，即$\frac{1}{5}$×2.5V=0.5V，故燈的實際電壓不超過3V，故電壓表選用0～3V量程；
（4）由圖中數據可知，燈的電壓為U₁=1.5V時，通過的電流為I₁=0.15A，燈的實際功率：
P₁=U₁I₁=1.5V×0.15A=0.225W；
同理，當燈的電壓為3V時，通過的電流約為0.22A，燈的實際功率為0.66W，
小燈泡正常發光時，通過燈絲的電流是0.2A，此時消耗的電功率為P=U_LI=2.5V×0.2A=0.5W；
所以，小燈泡在不同電壓下的功率不同．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）R₂；0-3V；（3）0.2；0.5；（4）小燈泡在不同電壓下的功率不同．

點評 本題究小燈泡在不同電壓下工作時消耗的電功率，考查電路的設計、器材的選擇、功率的求解等知識．