Question

【題目】某校物理社團的學生做“測量小燈泡的電功率”和“探究電流與電壓關系”的實驗，電源兩端電壓恒定，小燈泡的額定電壓為2.5V，設計的電路如圖甲所示，操作如下：

（1）按圖甲連接電路，正確操作并記錄兩電表示數，繪制如圖乙所示的U﹣I圖象，則小燈泡的額定功率為________W．實驗中，當電流表示數為I0（I0＜0.30A）時，小燈泡的電功率為P1 ；

（2）斷開開關，用定值電阻替換小燈泡，正確操作測出多組數據，記錄在圖丙表格中．分析表格中的數據可知：當電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端電壓成_____．實驗中當電流表示數仍為I0時，定值電阻的電功率為P2，則P1、P2的大小關系為P1___P2 ；

（3）若把小燈泡和定值電阻串聯后直接接到此電源兩端，電路的總功率為________W．

Answer 1

【答案】 1 正比 < 1.8

【解析】（1）已知小燈泡的額定電壓為2.5V，由圖乙可知，當燈泡兩端的電壓為2.5V時，通過燈泡的電流為0.4A，則小燈泡的額定功率為P額=U額I =2.5V×0.4A=1W；

（2）分析表格丙中的數據可知：電壓與對應的電流之比為一定值，即當電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端電壓成正比；

由歐姆定律可知，定值電阻的大小，

由題，實驗中，當電流表示數為I0（I0＜0.30A）時，可設I0=0.2A，則由圖乙可知，燈泡兩端電壓為0.5V，小燈泡的電功率P1=U1I0=0.5V×0.2A=0.1W；

此時定值電阻的功率P2=I02R=（0.2A）2×5Ω=0.2W；

則P1、P2的大小關系為P1＜P2 ；

（3）設滑動變阻器的最大阻值為R滑，由圖甲可知，滑動變阻器和小燈泡串聯，當滑動變阻器最大阻值連入電路中時，此時對應電流為I0=0.2A，根據歐姆定律和串聯電路的特點，電源電壓

U=I0R滑+UL=0.2A×R滑+0.5V………….①

由（2）可知，用定值電阻替換小燈泡，將滑片移至滑動變阻器的阻值最大端，有電壓表示數U’=0.9V，電流I’=0.18A，則電源電壓

U=I’R滑+U’=0.18A×R滑+0.9V……….②

由①②可得，電源電壓U=4.5V；

若把小燈泡和定值電阻串聯后直接接到此電源兩端，由串聯電路各處的電流相等，只有當電路中電流為0.4A時，燈泡的電壓為2.5V，定值電阻兩端的電壓UR=IR=0.4A×5Ω=2V，符合串聯電路各部分電壓之和等于總電壓的規律。所以，若把小燈泡和定值電阻串聯后直接接到此電源兩端，電路的總功率為P總=UI=4.5V×0.4A=1.8W。