《2024年5年中考3年模拟九年级物理全一册人教版》

5. (2023辽宁沈阳雨田实验学校期末)小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的功率。被测小灯泡的额定电压为2.5 V，电阻约为10 Ω。实验室有如下器材：电源(电压为6 V)、电流表(0~0.6 A、0~3 A)、电压表(0~3 V、0~15 V)、开关各一个，导线若干，滑动变阻器两只：$R_{1}$(20 Ω 0.5 A)、$R_{2}$(50 Ω 0.5 A)。



(1)闭合开关，改变滑动变阻器连入电路的电阻，多次测量，小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图像(如图乙)，则小灯泡的额定功率为______W。
(2)灯泡的功率测量完毕，小明用5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究电流跟电阻的关系，得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像，则小明应选用滑动变阻器______(选填"$R_{1}$"或"$R_{2}$")。
(3)小明在继续实验时发现电流表突然损坏，于是又找来了一个阻值为$R_{0}$的定值电阻，设计了如图丁所示的电路，已知电源电压为U且保持不变，也可以测出另一额定电压为$U_{额}$的小灯泡的额定功率，请将步骤补充完整：
①只闭合S、$S_{2}$，移动滑片P，使电压表的示数为______；
②只闭合______，保持滑片P不动，读出电压表的示数为$U_{1}$；
③小灯泡的额定功率$P=$______(用U、$U_{1}$、$U_{额}$、$R_{0}$表示)。

答案： （1）0.625 （2）$R_{2}$ （3）①$U_{额}$ ②S、$S_{1}$ ③$U_{额}·\frac{U_{1}(U - U_{额})}{(U - U_{1})R_{0}}$
解析 （1）由图乙可知，小灯泡的电压为额定电压 2.5 V 时，通过的电流为 0.25 A，所以小灯泡的额定功率为$P_{额}=U_{L}I = 2.5\ V×0.25\ A = 0.625\ W$；（2）由图丙可知，每组对应的电流与电阻的乘积$U_{定}$一定，为 2.5 V，说明定值电阻两端的电压保持 2.5 V 不变；根据串联电路电压规律可得，滑动变阻器两端的电压为$U_{滑}=U - U_{定}=6\ V - 2.5\ V = 3.5\ V$，当接入阻值为 25 Ω 的定值电阻时，根据串联电路的分压规律可知，变阻器接入电路的电阻最大，根据分压规律，则有$R_{滑}:R_{定}=U_{滑}:U_{定}$，即$R_{滑}:25\ \Omega = 3.5\ V:2.5\ V$，解得$R_{滑}=35\ \Omega$，所以应选择滑动变阻器$R_{2}$；（3）实验步骤：①只闭合 S、$S_{2}$，移动滑片 P，使电压表的示数为$U_{额}$；②只闭合 S、$S_{1}$，保持滑片 P 不动，读出电压表的示数为$U_{1}$；③在步骤②中，$R_{0}$和滑动变阻器串联，电压表测$R_{0}$两端电压，根据串联电路电压规律和分压规律得$\frac{U_{1}}{R_{0}}=\frac{U - U_{1}}{R_{滑}}$，解得$R_{滑}=\frac{U - U_{1}}{U_{1}}×R_{0}$；在步骤①中，灯泡和滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端电压，当灯泡两端电压为$U_{额}$时，灯泡正常发光，由于滑动变阻器连入电路的电阻不变，根据串联电路电压规律，变阻器两端电压为$U_{滑}=U - U_{额}$，此时通过灯泡的电流为$I_{额}=I_{滑}=\frac{U_{滑}}{R_{滑}}=\frac{U - U_{额}}{\frac{U - U_{1}}{U_{1}}×R_{0}}=\frac{U_{1}(U - U_{额})}{(U - U_{1})R_{0}}$，则小灯泡的额定功率为$P = U_{额}I_{额}=U_{额}·\frac{U_{1}(U - U_{额})}{(U - U_{1})R_{0}}$。