Question

12．在測定小燈泡額定功率的實驗中（所用燈泡的額定電壓U₀=2.5V）．
（1）小欣小組采用圖1的方案，閉合開關后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P，燈都不亮，電流表示數始終為0，電壓表示數約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能小燈泡斷路；排除故障后，調節(jié)滑動變阻器，直到電壓表的示數為2.5V，觀察到電流表示數如圖2所示大小為0.3A，則小燈泡的額定功率為0.75W
（2）小姚小組設計了另一種實驗方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．

①電路如圖3所示，請你在圖4中按電路圖用筆畫線代替導線連接好電路；
②開關S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數I₁
③開關S拔到位置2，保持滑動變阻器的滑片位置不動，讀出電流表示數I₂先算出燈泡的電阻R_L=$\frac{R{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請你用R、I₁、I₂表示），再根據P₀=U₀²/R_L，計算燈泡的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結果與真實值相差較大，原因是燈泡兩端電壓不是額定電壓，電阻不是正常發(fā)光時的電阻．仔細分析后，他們認為要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：將開關S拔到位置1，移動滑片P，使電流表示數為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）電流表示數為零說明電路斷路，電壓表有示數說明電壓表和電源連接的部分電路正常；根據電流表的量程和分度值讀出燈泡的額定電流，然后利用P=UI求出燈泡的實際功率；
（2）①根據電路圖連接實物圖時，應根據電路路徑一條一條支路連接且要注意一一對應；
③根據開關S拔到位置1和開關S拔到位置2時，電路中三個用元件的連接方式沒有發(fā)生改變，由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，由③得燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據歐姆定律可求燈泡電阻；
注意燈泡的額定功率只有燈泡在額定電壓下發(fā)光時的功率為額定功率；還要考慮燈絲的電阻隨溫度的改變而改變．

解答 解：（1）電流表的示數為零說明電路中有斷路，再根據電壓表的示數判斷出電路故障．電壓表有示數，說明電壓表的兩個接線柱和電源連接的部分沒有斷路，因此故障是小燈泡處發(fā)生斷路了．電壓表示數為6V等于電源電壓．
排除故障后，調節(jié)滑動變阻器，直到電壓表的示數為2.5V，觀察到電流表示數如圖2所示大小為0.3A，則小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（2）①根據電路圖將燈泡與開關與閘刀相連的接線柱進行連接，將接線柱1與電流表負接線柱或電源負極相連．如圖所示：

③由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，而開關S由位置1拔到位置2時，電路中三個元件的連接方式沒有發(fā)生改變，所以此時燈泡兩端電壓仍然為U；
又因為L與Rj并聯(lián)，所以由③得燈泡電流I=I₂-I₁；
則燈泡電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
由于電流的熱效應，當燈泡發(fā)光時，燈絲的電阻會隨溫度升高而變大；當燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時，求出的電阻就不等于其正常發(fā)光時電阻，從而求出的功率就不是額定功率；所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開關S拔到位置1，移動滑片P，使電流表示數為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．
故答案為：（1）小燈泡斷路，0.75；（2）$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；燈泡兩端電壓不是額定電壓，電阻不是正常發(fā)光時的電阻；將開關S拔到位置1，移動滑片P，使電流表示數為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

點評 本題考查了學生對額定功率的理解，利用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求額定電功率時，必須要注意燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，因此燈泡只有正常發(fā)光時的功率為額定功率，即R必須時正常發(fā)光時的電阻．