Question

【題目】某校物理社團(tuán)的學(xué)生做“測量小燈泡的電功率”和“探究電流與電壓關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，電源兩端電壓恒定，小燈泡的額定電壓為2.5V，設(shè)計(jì)的電路如圖甲所示，操作如下：

（1）按圖甲連接電路，將滑片移到滑動(dòng)變阻器的阻值最大端，閉合開關(guān)，記錄兩電表示數(shù)；移動(dòng)滑片，觀察并記錄多組數(shù)據(jù)，繪制如圖乙所示的U-I圖象，則小燈泡的額定功率為____W。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表示數(shù)為I0（I0＜0.30A）時(shí)，小燈泡的電功率為P1；

（2）斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，將滑片移到滑動(dòng)變阻器的阻值最大端，閉合開關(guān)，讀出兩電表示數(shù)，并記錄在表格中；移動(dòng)滑片，測出多組數(shù)據(jù)，記錄在表格中。分析表格中的數(shù)據(jù)可知：當(dāng)電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成______。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表示數(shù)仍為I0時(shí)，定值電阻的電功率為P2，則P1、P2的大小關(guān)系為P1_______P2；

（3）若把小燈泡和定值電阻串聯(lián)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）因燈的額定電壓為2.5V，由圖可知當(dāng)燈的電壓為2.5V時(shí)，燈的額定電流為0.4A，故燈的額定功率：P=UI=2.5V×0.4A=1W；（2）由表中數(shù)據(jù)可知，電壓與對應(yīng)的電流之比為一定值，即當(dāng)電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比；由歐姆定律可知，定值電阻的大小：R=U/I=0.9V/0.18A=5Ω，因P1、P2的變化關(guān)系是單調(diào)的，故可用特殊值法確定其大小關(guān)系：可設(shè)I0=0.20A，由圖知，燈的電壓U1=0.5V，則小燈泡的電功率為：P1=U1I0=0.5V×0.2A=0.1W；此時(shí)定值電阻的功率：P2 =I0 2×R=（0.2A）2×5Ω=0.2W，則P1、P2的大小關(guān)系為P1＜P2；（3）設(shè)變阻器的最在電阻為R滑，按圖甲連接電路，將滑片移到滑動(dòng)變阻器的阻值最大端，閉合開關(guān)，記錄兩電表示數(shù)；移動(dòng)滑片，觀察并記錄多組數(shù)據(jù)，繪制如圖乙所示的U-I圖象，可知，此時(shí)對應(yīng)的電流為為I0=0.2A，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的規(guī)律，電源電壓：U=I0R滑+UL=0.2A×R滑+0.5V---①；在（2）中，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，將滑片移到滑動(dòng)變阻器的阻值最大端，閉合開關(guān)，讀出兩電表示數(shù)，并記錄在表格中，此時(shí)電壓為U′=0.9V，對應(yīng)的電流I′=0.18A，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的規(guī)律，電源電壓：U=I′R滑+U′=0.18A×R滑+0.9V-----②；由①②得，電源電壓：U=4.5V，若把小燈泡和定值電阻串聯(lián)后直接接到此電源兩端，由串聯(lián)電路各處的電流都相等，只有當(dāng)電路中的電流為0.4A時(shí)，燈的電壓為2.5V，定值電阻的電壓為U定=IR=0.4A×5Ω=2V，符合串聯(lián)電路各部分電壓和等于總電壓的規(guī)律（4.5V=2.5V+2V）。故若把小燈泡和定值電阻串聯(lián)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。