Question

15．如圖甲所示，是小芳同學設計的測小燈泡電功率的實驗電路（燈泡額定電壓U_額=2.5V）．
（1）閉合開關S后，小芳發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表的指針均不動，小燈泡不發(fā)光．她斷開開關S，檢查線路連接無誤后，把電壓表與A點相連的那根導線改接到B點，再 次閉合開關S時．發(fā)現(xiàn)電流表的指針仍不動．但電壓表的指針有明顯的偏轉．若 電路中只有一處故障，則故障是AB兩點之間存在斷路．
（2）排除故障后，小燈泡發(fā)光，這時電壓表的示數(shù)為2V，則應向右（填“左”或“右”）移動滑動變阻器的滑片．直到電壓表的示數(shù)為2.5V時為止，此時電流表 的示數(shù)（如圖乙所示）為0.3 A，則小燈泡的額定功率為0.75 W．
（3）同組的小月同學也設計了一個能測量額定電流為I₀的小燈泡額定功率的電路圖 （如圖丙所示），但她不能確定電流表和開關S，的位置，請你幫她完成電路的設 計并正確完成實驗：（定值電阻R的阻值己知）
①請將電流表和開關S₁的符號正確填入電路中的方框內：
②先閉合開關S₁，調節(jié)滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為I₀：
③然后斷開開關S₁，閉合開關S₂（填兩開關的通斷情況），保持滑動變阻器滑片的位置不動，讀出電流表示數(shù)為I．
④小燈泡額定功率表達式為P_額=（I-I₀）RI₀ （用符號表示）．

Answer 1

分析 （1）由圖甲，電壓表測燈兩端電壓，電流表和電壓表的指針均不動．說明電路中有斷路發(fā)生；改接后，電流表無示數(shù)，電壓表有明顯偏轉，說明電壓表兩接柱間到電源是通路，由此判斷電路故障的原因；
（2）比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)分壓原理確定滑片移動的方向；根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，由P=UI求燈的額定功率；
（3）因已知燈的額定電流，為使燈正常發(fā)光，所以首先應使燈與電流表串聯(lián)，通過移動變阻器的滑片使電流表示數(shù)為I₀，燈正常工作；保持滑片位置不動的情況下，通過開關的轉換，在電路連接關系不改變、各用電器的電壓不變的情況下，使電流表測出正常發(fā)光的燈與定值電阻R并聯(lián)的總電流I，因通過燈的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點，可求此時通過R的電流，根據(jù)歐姆定律可求燈正常發(fā)光時R的電壓，即燈的額定電壓，根據(jù)
P=U_額I₀求燈的額定功率．

解答 解：（1）由圖甲，電壓表測燈兩端電壓，電流表和電壓表的指針均不動，說明電路中有斷路發(fā)生；把電壓表與A點相連的那根導線改接到B點，電壓表有明顯偏轉，電壓表測總電壓，說明燈的左接線、電流表、電源、開關、B之間是通路．若斷路只發(fā)生在燈的左接線柱、燈、A之間，則在原甲圖中，電壓表應有示數(shù)，與題意不符；
若斷路只發(fā)生在AB之間，原甲圖是斷路，兩表均無示數(shù)；改接后，電壓表串聯(lián)在電路中，因電壓表內阻很大，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，與題意相符，所以故障只能發(fā)生在AB之間；
（2）電壓表示數(shù)為2V，小于燈的額定電壓，應增大燈的電壓減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以滑片向右移動，直到電壓表的示數(shù)為2.5V時為止；
圖乙中電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)大小為0.3A，則燈的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（3）因已知燈的額定電流，為使燈正常發(fā)光，所以首先應使燈與電流表串聯(lián)，通過移動變阻器的滑片使電流表示數(shù)為I₀，燈正常工作，所以，
①下面方框中應為電流表，上面的方框中為S₁，如下圖所示；：

②先閉合開關S₁，調節(jié)滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為 I₀；
③然后斷開開關S₁，閉合開關S₂ （填兩開關的通斷情況），保持滑動變阻器滑片的位置不動，讀出電流表示數(shù)為I；
④因電路的連接關系有改變，各用電器的電壓沒有改變，所以燈在②③操作中都正常發(fā)光，通過燈的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點，在③中通過R的電流為I_R=1-I₀=，則定值電阻R的電壓為U_R=I_RR=（I-I₀）R，并聯(lián)電路電壓的特點，此時燈的電壓也為U_額=（I-I₀）R，所以燈的額定功率P=U_額I₀=（I-I₀）RI₀．
故答案為：（1）AB；    斷路；
（2）右； 0.3； 0.75；
（3）①如上圖所示；
②S₁   I₀；     
③斷開開關S₁，閉合開關S₂；
④（I-I₀）R I₀．

點評 本題測燈的電功率，考查故障的判斷、實驗操作過程、額定功率的計算及設計實驗方案的能力，有一定難度．