Question

11．小亮同學做測定“小燈泡的額定電功率”實驗時，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）、有兩個規(guī)格分別為“5Ω  1A”、“20Ω  2A”的滑動變阻器以及符合實驗要求的電表、開關和導線．如圖（甲）是小亮同學沒有連接完整的電路．
（1）請用筆畫線代替導線，將圖（甲）所示電路連接完整
（2）小亮同學連好電路后閉合開關，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）本實驗中應該選擇規(guī)格為20Ω 2A的滑動變阻器．
（4）小亮同學移動滑動變阻器滑片P到某處時，電壓表的示數(shù)為2V，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向B端移動（選填“A”或“B“）．當小燈泡正常發(fā)光時，電流表示數(shù)如圖（乙）所示，則小燈泡的額定功率是0.5W．
（5）小明在實驗時，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），請你幫助小明利用該電路測出燈泡的額定功率．
小明的實驗步驟應該是：
I．將電壓表與燈泡并聯(lián)，閉合開關后調節(jié)滑動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，再用電壓表測出定值電阻兩端的電壓U₀；
Ⅲ．計算燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{{U}_{額}{U}_{0}}{{R}_{0}}$（用已知量和測量值表示，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)，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連；
（3）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出此時電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的阻值即可選擇器滑動變阻器的規(guī)格；
（4）閉合開關時，滑動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，減小滑動變阻器的電阻；根據(jù)電路圖確定滑片的移動方向；
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，可以把已知阻值的定值電阻串聯(lián)到電路中，當小燈泡正常工作時，利用電壓表測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)光時的電壓等于額定電壓U_L=2.5V，
滑動變阻器兩端電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
根據(jù)實物圖和圖乙可知，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，所以本實驗中應該選擇規(guī)格為“20Ω 2A”的滑動變阻器．
（4）閉合開關時，滑動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，即應將滑片P向B端移動；
根據(jù)實物圖和圖乙可知，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）要測小燈泡的額定功率，必須測出額定電壓下小燈泡的電流； 在電流表不能使用時，可以把已知阻值的定值電阻串聯(lián)到電路中，當小燈泡正常工作時，利用電壓表測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，所以改變后的實驗方案電路圖如圖所示：

主要實驗操作步驟：
Ⅰ、將電壓表與燈泡并聯(lián)，閉合開關后調節(jié)滑動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，再用電壓表測出定值電阻兩端的電壓U₀；
Ⅲ、根據(jù)上述測量的結果，小燈泡額定功率的表達式：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)，閉合開關后調節(jié)滑動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，再用電壓表測出定值電阻兩端的電壓U₀；$\frac{{U}_{額}{U}_{0}}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了伏安法測小燈泡額定功率的實驗，考查了連接實物圖、電流表和電壓表讀數(shù)、歐姆定律和功率計算公式的應用等內(nèi)容，涉及的知識點較多，但都屬于基礎題；知道伏安法測功率的原理是解題的關鍵．