Question

18．在一次測(cè)量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，（電源由三節(jié)新干電池串聯(lián)組成）粗心的小剛連接了如圖甲所示的電路．同組的小明發(fā)現(xiàn)電路連接有錯(cuò)．

（1）如果閉合圖甲所示電路中的開關(guān)，電壓表的讀數(shù)約為4.5V，電流表的讀數(shù)約為0A．
（2）小明主張拆了以后重新連接，可是時(shí)間來(lái)不及了，小剛眼珠一轉(zhuǎn)，在圖示電路中只改變了某根導(dǎo)線一端的接點(diǎn)位置，電路就能測(cè)量小燈泡額定功率．請(qǐng)你在圖甲中畫出小剛改動(dòng)的那條導(dǎo)線并連接正確的電路．
（3）小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣（燈泡額定功率約為1W），小組同學(xué)又正確的選擇了電表的量程．實(shí)驗(yàn)時(shí)，在閉合開關(guān)S之前應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)至最右（填“左”或“右”）．閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)如圖乙所示，則應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左（填“左”或“右”）移動(dòng)，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則該小燈泡的額定功率是0.75W，該小燈泡的電阻是8.3Ω．
（4）完成探究后，小明用電源、電流表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱各1個(gè)、2個(gè)開關(guān)及若干條導(dǎo)線，對(duì)額定電流為I_額的另一個(gè)小燈泡的額定功率進(jìn)行了測(cè)定，根據(jù)他設(shè)計(jì)的電路圖（如圖�。�，寫出實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定額定功率的表示式．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①根據(jù)如圖丁所示的電路圖連接實(shí)物電路；
②只閉合S₁，移動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為I_額；
③斷開S₁，只閉合S₂，滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表示數(shù)為I_額時(shí)，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
④表達(dá)式：P_額=I_額²R．

Answer 1

分析 （1）分析電路的連接錯(cuò)誤之處并分析電表的讀數(shù)；
（2）根據(jù)電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電流表串聯(lián)在電路中，修改電路；
（3）閉合開關(guān)S之前應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)至阻值最大處；
燈在額定電壓下正常發(fā)光，根據(jù)圖中電壓表小量程讀數(shù)，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動(dòng)的方向；
（4）測(cè)燈泡額定功率需要測(cè)出燈泡的額定電流與額定電壓，現(xiàn)在只有電流表而沒有電壓表，先使燈與變阻器和電流表串聯(lián)，通過移動(dòng)滑片，使電流表示數(shù)為I_額，燈正常發(fā)光；
保持滑片位置不動(dòng)，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電阻箱與變阻器串聯(lián)，調(diào)節(jié)電阻箱電阻大小，使電流表示數(shù)不變，根據(jù)等效替代法，電阻箱的電阻即為燈正常發(fā)光時(shí)的電阻，根據(jù)P=I²R求燈的額定功率．

解答 解：（1）原電路中，電流表與燈被短路，電流表示數(shù)約為0，電壓表通過變阻器與電源相連，電壓表示數(shù)為電源電壓4.5V，
（2）根據(jù)電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電流表串聯(lián)在電路中，修改電路，如下所示：

（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，在閉合開關(guān)S之前應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)至阻值最大處，即最右端；
燈在額定電壓下正常發(fā)光，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)如圖乙所示，電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為1.7V，小于燈的額定電壓2.5V，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向左移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為額定電壓；
當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，電流表分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，則該小燈泡的額定功率是：
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；該小燈泡的電阻是：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω．
（4）實(shí)驗(yàn)步驟：
②只閉合S₁，移動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為I_額；
③斷開S₁，只閉合S₂，滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表示數(shù)為I_額時(shí)，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
④由實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)等效替代法可知，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為R，
則燈泡的額定功率表達(dá)式P_額=I_額²R．
故答案為：（1）4.5；0；（2）如上所示；（3）右；左；0.75；8.3；
（4）②只閉合S₁，移動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為I_額；
③斷開S₁，只閉合S₂，滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表示數(shù)為I_額時(shí)，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
④I_額²R．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡額定功率，考查電路的連接、注意事項(xiàng)、操作過程、電表讀數(shù)、功率和電阻的計(jì)算、等效替代法的運(yùn)用及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力．