4.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)小欣小組連接的電路如圖甲所示,圖中電路尚未連接好,請你用筆畫線代替導線在圖中正確連接.
(2)小欣小組實驗步驟正確,閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P,燈都不亮,電流表示數(shù)始終為0,電壓表示數(shù)約為6V,則電路中出現(xiàn)的故障可能燈斷路;排除故障后,調(diào)節(jié)滑動變阻器,直到電壓表的示數(shù)為2.5V,觀察到電流表示數(shù)如圖乙所示,則小燈泡的額定功率為0.75W.

(3)小姚小組設(shè)計了另一種實驗方案如圖丙所示(其中電源電壓未知,電阻R的阻值已知)
①開關(guān)S拔到位置1,移動滑片P至任一位置,讀出電流表示數(shù)I1,
②開關(guān)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(shù)I2,則燈泡的電阻RL=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$(請你用R、I1、I2表示),再根據(jù)P0=U02/RL,計算燈泡的額定功率.他們按此方案測量,發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大,原因是燈泡兩端電壓不是額定電壓,燈泡的電阻不是正常發(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①改為:將開關(guān)S拔到位置1,移動滑片P,使電流表示數(shù)為I1=$\frac{{U}_{0}}{R}$.

分析 (1)電流表選用小量程串聯(lián)在電路中,電壓表與燈并聯(lián);
(2)小欣小組實驗步驟正確,閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P,燈都不亮,電流表示數(shù)始終為0,電路可能斷路;電壓表示數(shù)約為6V,說明電壓表與電源連通,則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是連通的,則與電壓表并聯(lián)的燈斷路了;
根據(jù)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;
(3)由①可得燈泡兩端電壓U=I1R,
根據(jù)開關(guān)S拔到位置1和開關(guān)S拔到位置2時,電路中三個用元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變,各用電器的電阻和電壓沒有變,電流表測燈與R并聯(lián)的電流,根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律,通過燈泡的電流I=I2-I1,然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻;根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求燈的電阻;
注意燈泡的功率隨電壓變的變化而變化,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;
燈絲的電阻隨溫度的改變而改變.

解答 解:(1)由圖乙知,電流表選用小量程與燈串聯(lián),電壓表與燈并聯(lián),如下圖所示:
(2)閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P,燈都不亮,電流表示數(shù)始終為0,電路可能斷路;電壓表示數(shù)約為6V,說明電壓表與電源連通,則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是連通的,則與電壓表并聯(lián)的燈斷路了;
燈在額定電壓下正常發(fā)光,排除故障后,調(diào)節(jié)滑動變阻器,直到電壓表的示數(shù)為2.5V,觀察到電流表示數(shù)如圖乙所示,圖乙中,電流表選用小量程,分度值為0.02A,示數(shù)為0.3A,
則小燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(3)小姚小組設(shè)計了另一種實驗方案如圖丙所示(其中電源電壓未知,電阻R的阻值已知):
①開關(guān)S拔到位置1,移動滑片P至任一位置,讀出電流表示數(shù)I1,即通過R的電流,由并聯(lián)電路的特點和歐姆定律可得,燈泡兩端電壓U=I1R;
②開關(guān)S拔到位置2,保持滑動變阻器的滑片位置不動,因電路中三個電阻元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變,各用電器的電阻和電壓沒有變,所以此時燈泡兩端電壓仍然為U;
讀出電流表示數(shù)I2,即燈與R并聯(lián)的總電流,
根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律,所以通過燈泡電流I=I2-I1;
則燈泡電阻RL=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$.
因為L與R并聯(lián),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,故根據(jù)P0=U02/RL計算燈泡的功率不是額定功率.
他們按此方案測量,發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大;
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(guān)S拔到位置1,移動滑片P,使電流表示數(shù)為I1=$\frac{{U}_{0}}{R}$.
故答案為:(1)如上圖所示;(2)燈斷路;(3)2.5;0.75;
(3)②$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$;燈泡兩端電壓不是額定電壓,燈泡的電阻不是正常發(fā)光時的電阻;將開關(guān)S拔到位置1,移動滑片P,使電流表示數(shù)為I1=$\frac{{U}_{0}}{R}$.

點評 本題測定小燈泡額定功率,考查電路的連接、故障的分析、額定功率的計算、影響電阻大小的因素及對實驗方案的評估能力,有一定難度.

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