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17.小明利用如圖所示的電路對(duì)串、并聯(lián)電路進(jìn)行了探究,電源電壓為3V,并且保持不變,滑動(dòng)電阻器R1的最大阻值為15Ω,R2的阻值為12Ω,小燈泡L上標(biāo)有“2.5V 1.25W”字樣.
(1)當(dāng)S閉合,S1、S2都斷開時(shí),要使燈泡正常工作,滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為多大?滑動(dòng)變阻器的功率是多大?
(2)閉合S、S1、S2,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電流表的示數(shù)為1.25A,通電10min電流通過滑動(dòng)變阻器做的功是多少?
(3)只閉合S,借助于滑動(dòng)變阻器的最大阻值R1,小明也測出了燈泡的電阻(假定阻值不受溫度的影響,是定值),請(qǐng)你簡述他的主要步驟和測出的物理量,推導(dǎo)出燈泡電阻的表達(dá)式(用已知量和測出的量表示,不需要計(jì)算).

分析 (1)當(dāng)S閉合,S1、S2都斷開時(shí),燈泡L與滑動(dòng)變阻器R1串聯(lián),電流表測電路中的電流,額定電壓下燈泡正常發(fā)光,根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和P=UI求出電路中的電流,根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,根據(jù)歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻,再根據(jù)P=UI求出滑動(dòng)變阻器的功率;
(2)閉合S、S1、S2時(shí),R1與R2并聯(lián),電流表測干路電流,根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律求出通過R2的電流,根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出通過R1的電流,利用W=UIt求出通電10min電流通過滑動(dòng)變阻器做的功;
(3)只閉合S,燈泡L與滑動(dòng)變阻器R1串聯(lián),電流表測電路中的電流,測出滑動(dòng)變阻器接入電路中電阻最大時(shí)電路中的電流,根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻,利于電阻的串聯(lián)求出燈泡的電阻.

解答 解:(1)當(dāng)S閉合,S1、S2都斷開時(shí),燈泡L與滑動(dòng)變阻器R1串聯(lián),電流表測電路中的電流,
因串聯(lián)電路中各處的電流相等,且燈泡正常發(fā)光,
所以,由P=UI可得,電路中的電流:
I=PLUL=1.25W2.5V=0.5A,
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,
所以,滑動(dòng)變阻器兩端的電壓:U1=U-UL=3V-2.5V=0.5V,
由I=UR可得,滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻:
R1=U1I=0.5V0.5A=1Ω,
滑動(dòng)變阻器的功率:P1=U1I1=0.5V×0.5A=0.25W;
(2)閉合S、S1、S2時(shí),R1與R2并聯(lián),電流表測干路電流,
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,
所以,通過R2的電流:
I2=UR2=3V12Ω=0.25A,
因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和,
所以,通過R1的電流:I1=I′-I2=1.25A-0.25A=1A,
通電10min電流通過滑動(dòng)變阻器做的功:W1=UI1t=3V×1A×10×60s=1800J;
(3)只閉合S,燈泡L與滑動(dòng)變阻器R1串聯(lián),電流表測電路中的電流,
調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至最大阻值處,閉合開關(guān),測出電路中的電流I,
由I=UR可得,電路中的總電阻R=UI=3VI,
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
所以,燈泡的電阻:
RL=R-R1大=3VI-15Ω.
答:(1)當(dāng)S閉合,S1、S2都斷開時(shí),要使燈泡正常工作,滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為1Ω,滑動(dòng)變阻器的功率是0.25W;
(2)閉合S、S1、S2,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電流表的示數(shù)為1.25A,通電10min電流通過滑動(dòng)變阻器做的功是1800J;
(3)主要步驟和測出的物理量:調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至最大阻值處,閉合開關(guān),測出電路中的電流I;燈泡電阻的表達(dá)式:RL=3VI-15Ω.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律、電功率公式、電功公式的應(yīng)用,要注意燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等.

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實(shí)驗(yàn)序號(hào)材料升高的溫度/℃原長/m伸長/mm
1黃銅101.00.19
2黃銅102.00.38
3康銅101.00.15
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(1)實(shí)驗(yàn)中所需要的測量儀器有溫度計(jì)和刻度尺.
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