Question

11．某科學興趣小組同學設計了如圖甲所示的電路圖進行實驗探究，電源為可調壓直流學生電源，電壓表量程為“0～15V”，電流表量程為“0～0.6A”，小燈泡標有“6V，1.2W”字樣，R₀為20Ω的定值電阻．小組根據記錄的電流表和電壓表示數(shù)變化，描繪出U-I關系圖，如圖乙所示．

（1）求燈泡正常發(fā)光時的電阻；
（2）求當電壓表示數(shù)為2V時，每分鐘電阻產生的熱量；
（3）調節(jié)電源電壓，小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時，小燈泡的實際電功率．

Answer 1

分析 （1）知道燈泡的額定電壓和額定功率，可利用公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$計算出燈泡正常發(fā)光時的電阻．
（2）從甲圖可知，小燈泡與電阻R₀并聯(lián)，電壓表測量的是電源電壓，根據并聯(lián)電路電壓的特點可以知道各支路兩端電壓，知道電阻R₀的阻值，可利用公式Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t計算每分鐘電阻R₀產生的熱量．
（3）從乙圖中讀出電路消耗的功率為0.8W時，對應的電壓表和電流表示數(shù)，進而可求出通過定值電阻的電流大小，根據并聯(lián)電路的電流特點，進一步可求出通過燈泡的電流大小，然后根據P=UI計算出其實際功率．

解答 解：（1）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得燈泡正常發(fā)光時的電阻為：
R_L=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（6V）^{2}}{1.2W}$=30Ω．
（2）從甲圖可知，小燈泡與電阻R₀并聯(lián)，
當電壓表的示數(shù)為2V，即U=U_L=U₀=2V，
每分鐘電阻R₀產生的熱量為：
Q=W=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{0}}$t=$\frac{{（2V）}^{2}}{20Ω}$×60s=12J．
（3）當電路消耗的總功率為0.8W，從乙圖中可以看出，電流表和電壓表的示數(shù)為0.4A和2V；
此時通過定值電阻R₀的電流為：
I₀′=$\frac{{{U}_{0}}^{′}}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
通過燈泡的電流為：
I_L′=I-I₀′=0.4A-0.1A=0.3A，
則燈泡的實際功率為：
P_L實=U′I_L′=2V×0.3A=0.6W．
答：（1）燈泡正常發(fā)光時的電阻為30Ω；
（2）當電壓表示數(shù)為2V時，每分鐘電阻R₀產生的熱量是12J．
（3）調節(jié)電源電壓，小燈泡與定值電阻R₀消耗的總功率為0.8W時，小燈泡的實際電功率為0.6W．

點評 本題考查并聯(lián)電路的特點、電功率的計算公式和歐姆定律的應用，要注意的是，在（3）問中，若直接根據燈泡正常發(fā)光時的電阻進行計算，就忽略掉了溫度對于燈絲阻值的影響，這樣的解法是不正確的．