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，將滑片移到滑動變阻器的阻值最大端，閉合開關，記錄兩電表示數；移動滑片，觀察并記錄多組數據，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，將滑片移到滑動變阻器的阻值最大端，閉合開關，讀出兩電表示數，并記錄在表格中；移動滑片，測出多組數據，記錄在表格中。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）因燈的額定電壓為2.5V，由圖可知當燈的電壓為2.5V時，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：R=U/I=0.9V/0.18A=5Ω，因P1、P2的變化關系是單調的，故可用特殊值法確定其大小關系：可設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；此時定值電阻的功率：P2 =I0 2×R=（0.2A）2×5Ω=0.2W，則P1、P2的大小關系為P1＜P2；（3）設變阻器的最在電阻為R滑，按圖甲連接電路，將滑片移到滑動變阻器的阻值最大端，閉合開關，記錄兩電表示數；移動滑片，觀察并記錄多組數據，繪制如圖乙所示的U-I圖象，可知，此時對應的電流為為I0=0.2A，根據歐姆定律和串聯電路的規律，電源電壓：U=I0R滑+UL=0.2A×R滑+0.5V---①；在（2）中，斷開開關，用定值電阻替換小燈泡，將滑片移到滑動變阻器的阻值最大端，閉合開關，讀出兩電表示數，并記錄在表格中，此時電壓為U′=0.9V，對應的電流I′=0.18A，根據歐姆定律和串聯電路的規律，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后直接接到此電源兩端，由串聯電路各處的電流都相等，只有當電路中的電流為0.4A時，燈的電壓為2.5V，定值電阻的電壓為U定=IR=0.4A×5Ω=2V，符合串聯電路各部分電壓和等于總電壓的規律（4.5V=2.5V+2V）。故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。