某同學在“測定小燈泡功率”的實驗中,所用電源因電池陳舊而電壓未知,但其電壓高于小燈泡的額定電壓.滑動變阻器標有“2A 20Ω”字樣,標有“2.5V”字樣且規格相同的小燈泡若干個,他按照圖所示的電路按正常操作步驟進行實驗.當P移在b端時,他閉合電鍵,發現電壓表無讀數,電流表讀數為0.28安,燈不亮.移動滑片P燈仍不亮,斷開電鍵,換一個新的小燈泡,再閉合電鍵,燈亮,電流表讀數減少,但電壓表無讀數.把電壓表換一個量程,仍無讀數.該同學經過思考、分析后,重新進行實驗,使小燈泡正常發光,此時P的位置恰好在滑動變阻器的中點上.
(1)簡述產生上述實驗故障的原因.
(2)求出小燈泡的額定功率.
解:(1)電流表示數為0.28A,電路通路,燈泡串聯在電路中,燈泡短路,電壓表測量導線電壓,導線電阻為0,電壓為0.
更換一個新燈泡之后,燈泡發光,電壓表還是沒有示數,更換量程之后,還是沒有示數,所以,電壓表壞了.
(2)燈泡短路,只有滑動變阻器全部接入電路,
U總=IR=0.28A×20Ω=5.6V,
更換新燈泡,滑動變阻器接入一半電阻,R'=10Ω,燈泡正常工作,燈泡電壓為2.5V,
所以,滑動變阻器的電壓為:U'=U總-UL=5.6V-2.5V=3.1V,
I'===0.31A,
燈泡額定功率為:P=ULI'=2.5V×0.31A=0.775W.
故答案為:(1)小燈泡短路;電壓表損壞;(2)0.775W.
(1)電流表串聯在電路中,電流表有示數,電路是通路,燈泡不亮,燈泡短路.
電壓表測量導線電壓,U=IR=I×0Ω=0V.
更換燈泡后,燈泡發光,電壓表還是無示數,電壓表壞了.
(2)本題有兩個過程:
第一個過程,燈泡短路,只有滑動變阻器全部接入,R=20Ω,知道電流和電阻,求得電源電壓.
第二個過程,燈泡和滑動變阻器串聯,滑動變阻器有一半連入電路,R'=10Ω,燈泡正常工作,知道燈泡電壓和電源電壓,求得滑動變阻器的電壓,再求通過滑動變阻器的電流即燈泡額定電流,根據P=UI求額定功率.
點評:本題不是常規測量電功率的方法,而是通過燈泡短路,滑動變阻器全部接入電路,求得電源電壓;再把另一個新燈泡接入電路正常工作,通過滑動變阻器的電壓和電阻求電流,即燈泡電流.本實驗涉及到更多的計算,給實驗增大了難度.