Question

8．小明在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，所用小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“20Ω 1A”字樣．

（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，完成圖甲實(shí)物電路的連接．（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，小燈泡變亮；連線不得交叉）
（2）閉合開(kāi)關(guān)，通過(guò)移動(dòng)滑片P記錄了多組數(shù)據(jù)如下表，請(qǐng)?jiān)趫D乙中，描點(diǎn)作出I-U的關(guān)系圖線，則小燈泡的額定功率為0.75W，旋轉(zhuǎn)學(xué)生電源旋鈕，使電源電壓為3V；閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑片P使滑動(dòng)變阻器的阻值為10Ω，此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率是0.2W

序號(hào)	1	2	3	4	5
電壓U/V	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
電流I/A	0.12	0.20	0.24	0.28	0.30

（3）若實(shí)驗(yàn)中電流表壞了，為了測(cè)量小燈泡的額定功率，小虎選用一個(gè)定值電阻R₀接在原電路電流表的位置，設(shè)計(jì)了圖丙所示的電路，實(shí)驗(yàn)方案如下：旋轉(zhuǎn)學(xué)生電源旋鈕，使電源電壓為7V；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P使電壓表的示數(shù)為小燈泡額定電壓U_額；保持滑片P位置不變，只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，測(cè)量R₀兩端的電壓U₀．
①小虎的設(shè)計(jì)方案操作中存在的問(wèn)題是：測(cè)量R₀電壓時(shí)，電壓表正負(fù)接線柱接反了
②糾正操作錯(cuò)誤之后，測(cè)出R₀兩端的電壓為U₀，則小燈泡的額定功率可表示為：P_額=U_額×$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$（用R₀和所測(cè)量的符號(hào)表示）
③所選用定值電阻R₀的阻值不得超過(guò)10Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表量程與燈并聯(lián)，根據(jù)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，小燈泡變亮確定變阻器的連接；
（2）由表中數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法作圖，從表中找到額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
燈的電阻隨溫度的變化而變化，由串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律確定燈的電壓U₂和電流I₂，根據(jù)P_實(shí)=U₂I₂求燈的額定功率；
（3）①用電壓表測(cè)量電壓時(shí)注意電流從電壓表正接線柱流入；
②根據(jù)歐姆定律求出通過(guò)R₀的電流，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，由P_L=U_LI_L求燈的額定功率；
③根據(jù)電壓表量程確定定值電阻的最大電壓，根據(jù)歐姆定律求R₀的最大阻值．

解答 解：（1）小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣，燈的額定電壓為2.5 V，電壓表選用小量程與燈并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，小燈泡變亮，即電流變大，電阻變小，即滑片右邊電阻絲連入電路中，如下左圖所示：

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，用描點(diǎn)法作圖，用平滑的曲線連接起來(lái)，如上右圖所示：
由表中數(shù)據(jù)知，燈在額定電壓下的電流為0.3A，則燈的額定功率：
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
電源電壓為3V，變阻器連入電路中的電阻為10Ω，因燈與變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律，通過(guò)各處的電流都相等，由表中數(shù)據(jù)知，只有燈的電壓為U₂=1.0V，通過(guò)的電流為I₂=0.2A時(shí)，根據(jù)歐姆定律：變阻器的電壓：
U_滑=I₂R_滑=0.2A×10Ω=2V，
電源總電壓=U_滑+U₂=1V+2V=3V，符合串聯(lián)電路的規(guī)律，故此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率P_實(shí)=U₂I₂=1V×0.2A=0.2W；
（3）①電壓表測(cè)燈的電壓，則電壓表a接線柱為負(fù)接柱，只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)時(shí)，則電流從電壓表負(fù)接線柱流入了；
②燈正常發(fā)光時(shí)，測(cè)定值電阻的電壓為U_額，在滑片位置不動(dòng)的情況下，測(cè)出R₀兩端的電壓為U₀，由歐姆定律，此時(shí)通過(guò)R₀的電流：
I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，
根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈的額定電流：
I=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，故燈的額定功率：
P_L=U_LI_L=U_額×$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；
③在實(shí)驗(yàn)操作中，因電壓表選用0-3V的量程，既要測(cè)燈的額定電壓，又要測(cè)R₀的電壓，故定值電阻R₀的最大電壓不能超過(guò)3V，因燈正常工作時(shí)的電流I_L=0.3A，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，故R₀的最大阻值不能超過(guò)：
R_0大=$\frac{{U}_{最大}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω．
故答案為：（1）如上圖左所示；
（2）如上圖右所示；（3）0.75；0.2； 
（3）①測(cè)量R₀電壓時(shí)，電壓表正負(fù)接線柱接反了；②U_額×$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；③10．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定功率，考查電路的連接、描點(diǎn)法作圖、額定功率、實(shí)際功率的計(jì)算及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性較強(qiáng)，有一定難度．