在探究灯泡的电功率与哪些因素有关时,同学们猜想:电功率跟电压和电流有关,其中一个实验小组的同学利用下面实验器材探究电功率跟电流的关系。
实验器材:电源( 9V)、电压表(0~3V和0~15V)一块,电流表(0~0.6A和0~3A)一块,滑动变阻器(100Ω 1.5A)和(50Ω 2A)各一个。“2V”和“2.5V”的小灯泡若干。定值电阻R0一个,开关一个。导线若干。
(1)所选用的灯泡规格和连接方式。
(2)实验结束后老师肯定了他们的结论,并告诉他们电功率大小等于电压和电流的乘积。于是同学们想进一步测量“2.5V”小灯泡的额定功率。但他们发现电流表坏了,电压表正常。经研究设计了如图所示电路。请你根据实验电路简述测量过程。
(3)另一组同学要测量“2V”小灯泡的额定功率时,发现电压表只有0~15V量程可用,电流表正常,为了使测量的结果更准确些,要求电压有的示数要达到量程的一半以上,请你帮助他们设计出所需要的电路图,并写实验操作步骤及小灯泡的额定功率表达式。
解析:
(1)选择其中一个灯泡(任意一规格都可以),但为了取得更多电压值,可取“2.5V”规格。考虑到其额定电流应为0.5A左右,所以使小灯泡正常工作时,滑动变阻器的电阻约为:
Rp=(9V-2.5V)/0.5A=13Ω.
故可选择(50Ω 2A)的滑动变阻器。
电路连接方式:灯泡、滑动变阻器、电流表、开关等串联,电压表(0~3V)与灯泡并联。
(2)实验步骤是:调节滑动阻器,使其接入电路的电阻最大,然后闭合开关,移动滑动变阻器,使灯泡两端的电压为2.5V,并读取定值电阻两端的电压U0.其表达式推导如下:
灯泡正常工作时,通过的电流(额定电流)为:
IL=I0= | U0 | |
R0 |
灯泡的额定功率为:
PL=ULIL=2.5V× | U0 | = | 2.5V×U0 | |
R0 | R0 |
(3)使用4个相同的“2V”灯泡串联,连接电路如下。实验时,使电压表的示数为8V,并读出电流表的示数I。其额定功率表达式为:P=2V×I
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