Question

9．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，小明和小強(qiáng)同學(xué)選用的小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為8Ω，滑動變阻器的最大阻值為10Ω．
（1）該實驗的原理公式為P=UI；小明在連接電路時應(yīng)先把開關(guān)斷開．
（2）請用筆畫線代替導(dǎo)線，按照圖1甲所示的電路圖，將圖1乙中的實物電路連接完整．
（3）為順利完成實驗，現(xiàn)有電壓為4.5V和6V的兩電池組可供選擇，則A（填序號）．
A．只能選擇4.5V的電源　　　　　
B．只能選擇6V的電源
C．兩電源均可選用　　　　　　　　　　
D．須將其變成10.5V的電源使用
（4）小明正確連接好電路，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電壓表的示數(shù)等于電源電壓，則故障的原因可能是燈泡斷路（選填“短路”或“斷路”）．
（5）小明排除故障后，移動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時電流表示數(shù)如圖1丙所示，其值為0.28A，小燈泡的額定功率為0.7W．
（6）小強(qiáng)的電流表損壞了，老師告訴他已經(jīng)沒有電流表可換，而給了他一個已知阻值為R₀的定值電阻R和若干個開關(guān)，小強(qiáng)重新設(shè)計了如圖2所示的電路，在不改變該電路連接的情況下，也能正確測出小燈泡的額定功率．正確連接電路后，接下來的實驗步驟是：
①閉合開關(guān)S和S₁，斷開S₂，移動滑片P至某一位置，使電壓表示數(shù)為2.5V②保持滑片位置不動，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，記下電壓表的示數(shù)為U₂；，③出小燈泡額定功率的表達(dá)式P=2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）測量功率的實驗原理是P=UI；連接電路時開關(guān)要斷開．
（2）將電流表與燈泡串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，根據(jù)燈泡的額定電壓和額定電流的大約值來確定電表的量程．
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律I=$\frac{U}{I}$表達(dá)出小燈泡正常發(fā)光時的電流，代入相關(guān)數(shù)據(jù)，計算得出電源電壓的取值．
（4）電壓表的示數(shù)等于電源電壓，說明電壓表串聯(lián)在電路中測電源的電壓，即電壓表并聯(lián)的部分?jǐn)嗦罚?br />（5）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率．
（6）應(yīng)使電壓表示數(shù)為燈泡額定電壓時，再利用開關(guān)轉(zhuǎn)換得到此時R₀的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計算電路中電流，從而計算燈泡的額定電壓．

解答 解：
（1）本實驗的原理是P=UI；連接電路時，為避免誤操作引起短路而損壞電路元件，應(yīng)斷開開關(guān)．
（2）電壓表與燈泡并聯(lián)，燈泡的額定電壓為2.5V，電壓表選擇0～3V的量程，
電流表與燈泡串聯(lián)，由（1）知，小燈泡的額定電流I=$\frac{{U}_{L}}{{R}^{′}}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，電流表選擇0～0.6A的量程，
滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，根據(jù)電路圖可知，滑動變阻器的應(yīng)接右下方的接線柱，如圖所示：

（3）根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知，燈泡正常發(fā)光時的電流大約為：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}^{′}}$=$\frac{U}{{R}^{′}{+R}_{滑}}$，
小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為8Ω，滑動變阻器的最大阻值為10Ω，數(shù)據(jù)代入得，$\frac{2.5V}{8Ω}$≤$\frac{U}{8Ω+10Ω}$，
解得電源電壓U≤5.625V，應(yīng)選A．
（4）燈泡不發(fā)光，可能是燈泡出現(xiàn)了斷路或短路，電壓表的示數(shù)等于電源電壓說明電壓表串聯(lián)在電路中測電源的電壓，所以電路故障可能是電壓表并聯(lián)的燈泡斷路．
（5）電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，電壓表的示數(shù)為2.5V時，燈泡正常發(fā)光，由圖丙此時通過燈泡的電流為0.28A，燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.28A=0.7W．
（6）①連好電路后，可先閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，此時電壓表測量燈泡兩端的電壓，移動滑片至某一位置，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②保持滑片位置不動，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，此時電壓表測量燈泡和電阻兩端的總電壓，記下電壓表的示數(shù)U₂．
則定值電阻兩端的電壓U=U₁-U₂；所以I=$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{0}}$；
所以P=2.5V×I=2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）P=UI；斷開．（2）見上圖．（3）A．（4）斷路．（5）0.28；0.7．（6）①閉合開關(guān)S和S₁，斷開S₂，移動滑片P至某一位置，使電壓表示數(shù)為2.5V；②2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評 此題是測量燈泡的額定功率的實驗，考查了實驗原理、實物連接、電源選擇、電路故障的判斷以及特殊方法測功率等．要理解額定功率的含義，特殊方法測功率中，沒有電壓表或沒有電流表時，要借助已知電阻和已給電表，利用電路特點(diǎn)間接測電流或電壓是關(guān)鍵．