Question

3．“伏安法”測小燈泡電阻的實驗中，甲、乙兩位同學所用的小燈燈泡及實驗器材完全相同，估計小燈泡的額定功率約為1.5W左右．他們分別連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡正常發光時，兩只滑動變阻器的滑片都恰好在中點上（即變阻器接入電路的電阻為5Ω）電流表所選用的量程都是0～0.6A．而兩位同學觀察到電壓表的示數卻不同，如圖所示．

（1）請畫出甲同學的實驗電路圖．
（2）甲同學電壓表所選用的量程是0～3V．
（3）小燈泡的額定功率是0.3A，額定功率是1.35W．

Answer 1

分析 （1）和（2）根據小燈的額定功率在1.5瓦左右，電流表接在0～0.6安量程上，分析可知甲電壓表選擇的是0～3V量程，并且測量的不是小燈泡兩端的電壓，更不是電源電壓，而是滑動變阻器的電壓；乙電壓表選擇的是0～15V量程，并且測量的是小燈泡兩端的電壓．
（3）根據（2）的分析結合電壓表的示數圖可知，甲電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓，乙電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓；然后運用歐姆定律公式I=$\frac{U}{R}$和電功率公式P=UI計算出小燈泡的電功率．

解答 解：（1）甲、乙兩位同學所用的小燈燈泡及實驗器材完全相同，由于兩位同學觀察到電壓表的示數不同，則電壓表測量的電壓不是同一個用電器兩端的電壓；
電路中的甲同學的電壓表的示數可能為：1.5V或7.5V，乙同學的電壓表的示數可能為：0.9V或4.5V；
若甲同學的電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓；
則當小燈泡兩端的電壓為1.5V，則滑動變阻器兩端的電壓為4.5V，則電路中的電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{4.5V}{5Ω}$=0.9A；
當小燈泡兩端的電壓為7.5V，則滑動變阻器兩端的電壓為0.9V，則電路中的電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{0.9V}{5Ω}$=0.4A，此時小燈泡的額定功率為P=UI=7.5V×0.4A=3W．
由于小燈的額定功率在1.5瓦左右，電流表所選用的量程都是0～0.6A．
所以，電路中的甲同學的電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓，乙電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓；
根據分析可知電路圖如下：

（2）由于乙同學的電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓；
則當小燈泡兩端的電壓為0.9V，則滑動變阻器兩端的電壓為7.5V，則電路中的電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{7.5V}{5Ω}$=1.5A＞0.6A；
由于電流表所選用的量程都是0～0.6A．
所以乙同學的電壓表量程不能為0～3V，應是0～15V；則甲同學電壓表所選用的量程是0～3V；
（3）由上分析可知：滑動變阻器兩端的電壓是U_滑=1.5V，小燈泡兩端的電壓為U_L=4.5V；此時滑動變阻器的阻值R_滑=5Ω，因為小燈泡和滑動變阻器串聯，所以燈泡額定電流I_額=I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A，
則此時小燈泡的額定功率為P=UI=4.5V×0.3A=1.35W．
故答案為：（1）如上圖；（2）0～3；（3）0.3；1.35．

點評 本題考查了電壓表的讀數，能根據題目中給出的已知條件對電路做出準確的分析和判斷，并對問題做出正確解答．