Question

11．小亮同學(xué)做測(cè)定“小燈泡的額定電功率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用器材有：電壓為6V的電源、額定電壓為2.5V的小燈泡（小燈泡的額定功率小于1W）、有兩個(gè)規(guī)格分別為“5Ω  1A”、“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器以及符合實(shí)驗(yàn)要求的電表、開關(guān)和導(dǎo)線．如圖（甲）是小亮同學(xué)沒有連接完整的電路．
（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖（甲）所示電路連接完整
（2）小亮同學(xué)連好電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則故障可能是燈泡斷路（寫出一種即可）．
（3）本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇規(guī)格為20Ω 2A的滑動(dòng)變阻器．
（4）小亮同學(xué)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P到某處時(shí)，電壓表的示數(shù)為2V，要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向B端移動(dòng)（選填“A”或“B“）．當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖（乙）所示，則小燈泡的額定功率是0.5W．
（5）小明在實(shí)驗(yàn)時(shí)，不小心將電流表損壞，由于沒有多余的電流表更換，老師取走電流表，并拿來一只定值電阻R₀，并提醒小明將它串聯(lián)接在了原電路中接電流表的位置處（圖未畫出），請(qǐng)你幫助小明利用該電路測(cè)出燈泡的額定功率．
小明的實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)該是：
I．將電壓表與燈泡并聯(lián)，閉合開關(guān)后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)為U_額=2.5V，并記錄數(shù)據(jù)；
Ⅱ．保持變阻器連入阻值不變，再用電壓表測(cè)出定值電阻兩端的電壓U₀；
Ⅲ．計(jì)算燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=$\frac{{U}_{額}{U}_{0}}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量值表示，其中小燈泡的額定電壓用U_額表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；根據(jù)P=UI判斷燈泡額定電流的大約值，然后確定電流表的量程；并將電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電流表串聯(lián)在電路中；
（2）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；
（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值即可選擇器滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；
（4）閉合開關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大，燈泡兩端電壓是處于最小值，所以要提高燈泡兩端的電壓，需要減小電路電阻，減小滑動(dòng)變阻器的電阻；根據(jù)電路圖確定滑片的移動(dòng)方向；
根據(jù)電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數(shù)，然后根據(jù)燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，即由電功率公式P=UI求出燈泡額定功率；
（5）在電流表不能使用時(shí)，可以把已知阻值的定值電阻串聯(lián)到電路中，當(dāng)小燈泡正常工作時(shí)，利用電壓表測(cè)出定值電阻兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出電流，即為小燈泡的額定電流，再根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）由于燈泡的額定電壓為2.5V，故電壓表的量程為0～3V；
由P=UI可知，燈泡額定電流的最大值：I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，故電流表量程為0～0.6A；
將電流表0.6A的接線柱與燈泡左接線柱相連，將電壓表的3V接線柱與燈泡右接線柱相連，如下圖所示：

（2）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；因此電路故障為燈泡斷路；
（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓等于額定電壓U_L=2.5V，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
根據(jù)實(shí)物圖和圖乙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，即燈泡的額定電流為0.2A；
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω，所以本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇規(guī)格為“20Ω 2A”的滑動(dòng)變阻器．
（4）閉合開關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大，燈泡兩端電壓最小，所以要提高燈泡兩端的電壓，需要減小電路電阻，即應(yīng)將滑片P向B端移動(dòng)；
根據(jù)實(shí)物圖和圖乙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，
則燈泡的額定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.2A=0.5W；
（5）要測(cè)小燈泡的額定功率，必須測(cè)出額定電壓下小燈泡的電流； 在電流表不能使用時(shí)，可以把已知阻值的定值電阻串聯(lián)到電路中，當(dāng)小燈泡正常工作時(shí)，利用電壓表測(cè)出定值電阻兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出電流，即為小燈泡的額定電流，再根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率，所以改變后的實(shí)驗(yàn)方案電路圖如圖所示：

主要實(shí)驗(yàn)操作步驟：
Ⅰ、將電壓表與燈泡并聯(lián)，閉合開關(guān)后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)為U_額=2.5V，并記錄數(shù)據(jù)；
Ⅱ、保持變阻器連入阻值不變，再用電壓表測(cè)出定值電阻兩端的電壓U₀；
Ⅲ、根據(jù)上述測(cè)量的結(jié)果，小燈泡額定功率的表達(dá)式：P_額=$\frac{{U}_{額}{U}_{0}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（2）燈泡斷路；（3）B；（4）“50Ω 2A”；
（5）將電壓表與燈泡并聯(lián)，閉合開關(guān)后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)為U_額=2.5V，并記錄數(shù)據(jù)；保持變阻器連入阻值不變，再用電壓表測(cè)出定值電阻兩端的電壓U₀；$\frac{{U}_{額}{U}_{0}}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了伏安法測(cè)小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，考查了連接實(shí)物圖、電流表和電壓表讀數(shù)、歐姆定律和功率計(jì)算公式的應(yīng)用等內(nèi)容，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，但都屬于基礎(chǔ)題；知道伏安法測(cè)功率的原理是解題的關(guān)鍵．