Question

某同學利用如圖1所示的電路測定小燈的功率，小燈的額定電壓為4伏，小燈額定功率在2瓦以內，所用滑動變阻器上標有“25Ω 1.5A”字樣，電源電壓不變，該同學實驗步驟正確，閉合電鍵S，觀察到電流表的示數為0.2安，電壓表的示數為1伏，當他把滑動變阻器的滑片移到中點位置（即滑動變阻器接入電路的電阻為12.5歐）時，小燈兩端電壓為2伏．接著他繼續把滑動變阻器滑片移到某位置時，小燈正常發光，電流表示數如圖2所示．他繼續移動變阻器的滑片到端點時，電流表的示數為0.44安，小燈比正常發光時要亮．請在下表中將該同學尚未記錄的數據填寫完整，并計算出額定功率．（計算功率時，精確到0.01瓦）

實驗序號	小燈兩端電壓U（伏）	通過小燈的電流I（安）	小燈電功率P（瓦）	燈亮暗程度
1	1	0.2		很暗
2	2			較暗
3				正常發光
4				較亮

Answer 1

分析：測定燈泡功率時，電路有4種狀態，畫出電路圖，在圖上標出已知量．
甲：連接好電路，閉合電鍵，此時滑動變阻器連入電路阻值最大為25Ω，燈泡兩端電壓為 1V，電流為0.2A，求出燈泡功率，求出電源電壓為6V．如圖甲．
乙：滑片在中點時，接入電流電阻為12.5Ω，知電源電壓和燈泡電壓，根據串聯電路電壓特點，求出滑動變阻器電壓，再求出滑動變阻器電流即電路電流，計算功率．如圖乙．
丙：由燈泡的額定電壓和最大功率值，求出燈泡最大電流，確定電流表量程．
繼續移動滑片到某一位置，燈泡正常發光，燈泡電壓為4V，讀出電流表的示數，計算燈泡功率．如圖丙．
丁：繼續移動滑片，滑片到端點時，只有燈泡接在電源上，燈泡電壓等于電源電壓，求出功率．如圖丁．

解答：解：實驗1：燈泡與滑動變阻器最大電阻串聯在電路中，燈泡功率P₁=U₁I₁=1V×0.2A=0.2W，
此時，燈泡電阻為R₁=

U1

I1

=

1V

0.2A

=5Ω，
電源電壓為：U_總=I₁R_總=0.2A×（R₁+R）=0.2A×（5Ω+25Ω）=6V．
實驗2：滑片在中點時，滑動變阻器電壓為：U₂′=U_總-U₂=6V-2V=4V，
滑動變阻器電流為：I₂′=

U2′

R2′

=

4V

1 2 ×25Ω

=0.32A，
根據串聯電路電流相等，燈泡電流為：I₂=I₂′=0.32A，
所以，燈泡功率P₂=U₂I₂=2V×0.32A=0.64W．
實驗3：滑片滑到某一位置，燈泡正常工作，燈泡額定電壓為4V，
燈泡的功率最大為2W，所以，燈泡最大電流為：I=

P

U

=

2W

4V

=0.5A＜0.6A，
所以，電流表選擇0～0.6A量程，燈泡額定電流為0.4A，
所以，P₃=U₃I₃=4V×0.4A=1.6W．
實驗4：滑片滑到端點時，只有燈泡接在電源上，燈泡電壓為6V，
所以，P₄=U₄I₄=6V×0.44A=2.64W．
故答案為：

實驗序號	小燈兩端電壓U（伏）	通過小燈的電流I（安）	小燈電功率P（瓦）	燈亮暗程度
1	1	0.2	0.2	很暗
2	2	0.32	0.64	較暗
3	4	0.4	1.6	正常發光
4	6	0.44	2.64	較亮

點評：通過開關閉合斷開，或移動滑動變阻器的滑片時，使電路有多種狀態，一般情況下，電路有幾種狀態，畫幾個等效電路圖，在每種狀態下都標出已知量，求解思路清晰，不易混淆．