小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材:额定电压为2.5V的小灯泡、电池组(二节干电池串联,电...
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小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材:额定电压为2.5V的小灯泡、电池组(二节干电池串联,电压为3V)、电压表一块、滑动变阻器(10Ω 2A)、定值电阻(R0=5Ω)、开关三个和导线若干。
(1)用笔画线代替导线,将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。
(_____________)
(2)闭合开关前,应将变阻器滑片滑到____________(选填“左”或“右”)。
(3)连接完电路后,小明只闭合S、S1时,移动滑片P,电压表示数发生改变:只闭合S、S2时,移动滑片P,小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测,把电压表并联在某电路元件两端,测试结果如下表所示。则电路中一定存在的故障是____________。(填写序号)
测试元件 | 灯泡L | 开关S2 |
电压表 | 无示数 | 有示数 |
①灯泡L处断路 ②灯泡L处短路 ③开关S2处断路
(4)排除故障后,小明继续实验。
①只闭合S、S2,移动滑片P,使电压表的示数为____________V
②只闭合S、S1,保持滑片P不动,读出电压表的示数为2.25V
③小灯泡的额定功率为____________W.
(5)当加在灯泡两端的电压为额定电压的一半时,灯泡的际功率P实____________(选填“>”、“>”或“=”)P额
(拓展)小红通过课外学习知道,干电池有一定的电阻,我们需要用它的“电压U”和“电阻r”两个物理量来描述它(如图所示)于是小红在小明完成步骤①后,将电压表并联在电池组两端,保持滑片P的位置不变,只闭合S、S2时,读出电压表示数为2.55V,则小明实验中所用电池组的电阻r是____________Ω。
【回答】
右 ③ 2.5 0.75 > 1.5
【解析】
(1)由电路图可知,电压表测并联部分电路两端的电压,即测灯泡两端的电压,由于灯泡的额定电压为2.5V<3V,故只需将电压表的“3”接线柱与开关S1的右接线柱连接即可,如图所示:
(2)为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,即滑到右端;
(3)①若灯泡L处断路,将电压表与灯泡L并联,只闭合S、S2时,则电压表有示数且接近电源电压,故①不符合题意;
②若灯泡L处短路,将电压表与灯泡L并联,只闭合S、S2时,则电压表无示数,将电压表与开关S2并联,只闭合S、S2时,则电压表仍然无示数,故②不符合题意;
③若开关S2处断路,将电压表与灯泡L并联,只闭合S、S2时,则电压表无示数,将电压表与开关S2并联,只闭合S、S2时,则电压表有示数且接近电源电压,故③符合题意;
(4)①只闭合S、S2,R与L串联,电压表测L两端的电压,移动滑片P,使电压表示数U额=2.5V,此时灯泡L正常发光;
②只闭合S、S1,R与R0串联,此时电压表测R0两端的电压U0=2.25V,则有:,即:,解得:R滑=Ω;
③灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压:U滑′=U-U额=3V-2.5V=0.5V,
由欧姆定律和串联电路电流规律得到此时电路中的电流:I= I滑==0.3A,
则小灯泡的额定功率:P额=U额I=2.5V×0.3A=0.75W;
(5)当电阻不变时,由P=可知,电压变为原来的一半,功率变为原来的四分之一,由于灯泡的电阻是变化的,当电压减小时,功率减小,电阻也减小,故当小灯泡两端的实际电压为额定电压一半时,由P=可知,小灯泡的实际功率P实>P额。
【拓展】
由第(4)问可知,小灯泡正常发光时电路中的电流I=0.3A,将电压表并联在电池组两端,其测量滑动变阻器和灯泡的总电压U′=2.55V,则电池电阻两端的电压:Ur=U-U′=3V-2.55V=0.45V,所以,所用电池组的电阻:r==1.5Ω。
知识点:欧姆定律
题型:实验,探究题
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