15.測(cè)定“小燈泡的額定功率”.提供的器材:一個(gè)電壓表,一個(gè)電流表,導(dǎo)線若干,三個(gè)開關(guān),電壓恒為3V的電源,一個(gè)標(biāo)有“10Ω 1.5A”的滑動(dòng)變阻器和額定電壓為2.5V的小燈泡.

(1)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖甲的實(shí)物電路連接完整(連線不得交叉);
(2)開關(guān)閉合后,滑片P應(yīng)滑至A端(選填“A“或“B“).
(3)小明連接好電路后,閉合開關(guān),移動(dòng)滑片P,發(fā)現(xiàn)電流表實(shí)數(shù)變化明顯,燈泡不亮,電壓表始終無示數(shù),可以確定電路故障為燈泡被短路;
(4)排除故障后,小明調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,當(dāng)小燈泡兩端電壓為2.5V時(shí),電流表示數(shù)如圖乙所示,小燈泡的額定功率為0.7W;
拓展應(yīng)用:若電流表損壞,小明找到2個(gè)定值電阻,小明選取了其中一個(gè),連入電路中,完成了小燈泡額定功率的測(cè)量.
①應(yīng)選取哪個(gè)定值電阻R1(阻值分別為R1=1Ω,R2=10Ω);
②請(qǐng)?jiān)谌鐖D虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的電路圖.

分析 (1)燈泡、電流表、滑動(dòng)變阻器串聯(lián),電流表測(cè)量總電流,電壓表并聯(lián)在燈泡兩端;根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表選擇的量程;
(2)連接電路時(shí),為了避免電路元件受損,開關(guān)要斷開,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大阻值;
(3)閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)電流表有讀數(shù),說明電路為通路;當(dāng)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片時(shí)電流表讀數(shù)有變化,電壓表讀數(shù)始終為零,說明電壓表測(cè)量的用電器發(fā)生短路;
(4)根據(jù)電流表的量程和分度值確定電表的示數(shù),根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率;
沒有電流表,利用電壓表和定值電阻,一般設(shè)計(jì)成串聯(lián)電路,找電流相等列等式求出被測(cè)電阻.由此分析選取的定值電阻、設(shè)計(jì)電路.

解答 解:(1)測(cè)小燈泡的額定功率的實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)入電路中,電壓表并聯(lián)在燈泡兩端,已知額定電壓為2.5V的小燈泡,所以電壓表選擇0~3V量程;如圖所示:
;
(2)為了保護(hù)電路,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑至電阻最大處,由實(shí)物圖可知應(yīng)將滑片滑至A端;
(3)移動(dòng)滑片,電流表示數(shù)變化,說明電路是通路,移動(dòng)滑片電壓表示數(shù)始終為零,故障原因是燈泡被短路;
(4)由圖乙電流表使用0-0.6A量程,分度值0.02A,小燈泡的電壓2.5V時(shí)正常發(fā)光,此時(shí)電流表示數(shù)為0.28A,因此小燈泡的額定功率是P=UI=2.5V×0.28A=0.7W;
將R與燈泡串聯(lián),電壓表與燈泡并聯(lián),電路圖如圖所示:

步驟為:①按電路圖連好電路;
②閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P使電壓表示數(shù)為2.5V;
③保持滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng),將電壓表與定值電阻R和燈泡并聯(lián),讀出此時(shí)定值電阻兩端的電壓U0;
電路中的電流為I=$\frac{{U}_{0}-2.5V}{R}$,
則燈泡的額定功率P=U額定I=2.5V×$\frac{{U}_{0}-2.5V}{R}$;
由以上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),若選用R2=10Ω的定值電阻,小燈泡正常發(fā)光時(shí),U0=IR2=0.28A×10Ω=2.8V,但電源電壓為3V,這樣燈泡不能正常工作,無法測(cè)出燈泡的額定電壓,故選R2不合適;
若選用R1=1Ω的定值電阻,當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí),U0=IR1=0.28A×1Ω=0.28V,這時(shí)燈可以正常工作,但電壓表示數(shù)過小,誤差較大.我們可以用電壓表測(cè)定值電阻R和燈泡的總電壓,再計(jì)算出電流,從而得到燈泡的額定功率.故可選R1
故答案為:(1)見上圖;(2)A;(3)燈泡被短路;(4)0.7;①R1;②見上圖.

點(diǎn)評(píng) 本題是測(cè)小燈泡功率的實(shí)驗(yàn),考查了電路連接、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、電路故障的判斷、電功率的計(jì)算,特殊方法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等,利用電壓表和電流表檢測(cè)電路故障是常見的題型,需要在平時(shí)的學(xué)習(xí)中多總結(jié)方法與技巧.

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