Question

7．一只小燈泡的額定電壓為2.0V，正常發(fā)光時的電阻約為8Ω．小明想測量這個小燈泡的額定功率，實驗室中有如下器材：一個電壓表、一個電流表、一個開關(guān)，電壓為6V的電源，滑動變阻器有A規(guī)格：“10Ω 2A”、B規(guī)格：“30Ω 1A”可選．導(dǎo)線若干．

（1）本實驗應(yīng)該選擇B（選填“A”或“B”）規(guī)格的滑動變阻器．
（2）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示電路連接完整（要求滑片向左滑動時變阻器阻值變�。�．
（3）小明在連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，發(fā)現(xiàn)電壓表指針立刻偏到最大刻度處，小燈泡卻不亮，且電流表也沒有示數(shù)，上述現(xiàn)象反映他在操作中存在的不規(guī)范之處是連接電路時，沒有斷開開關(guān)，出現(xiàn)上述故障的原因可能是燈泡斷路．
（4）排除故障后，小明發(fā)現(xiàn)他很幸運，電壓表并沒有因此而損壞．小明便開始進行測量，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置直到電壓表讀數(shù)為2.0V，小燈泡正常發(fā)光，此時電流表示數(shù)如圖乙所示，則該小燈泡的額定功率為0.52W．
（5）小東也做了同樣的實驗，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)當電壓表示數(shù)變大時，電流表示數(shù)隨之減小，原因可能是電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端了；
（6）完成上述實驗后，小明進行了反思，如果剛才電壓表被損壞了，能不能換成其他的實驗器材來完成實驗?zāi)兀��?jīng)過思考，他用了一個已知阻值為R₀的電阻和一個單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設(shè)計了如圖丙所示的電路，也測出了燈泡的額定功率，請完成下列實驗步驟：
①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點“1”，移動滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再將開關(guān)S₂撥到觸點“2”，保持滑片的位置不動，讀出電流表的示數(shù)I；
③燈泡額定功率的表達式為P_額=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，確定變阻器的規(guī)格；
（2）根據(jù)滑片向左滑動時變阻器阻值變小確定變阻器的連接，由燈的額定電壓確電壓表量程與燈并聯(lián)；
（3）連接電路時，開關(guān)要斷開；若電流表示數(shù)為0，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，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完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
（4）由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，然后由P=UI 求出燈泡額定功率；
（5）根據(jù)歐姆定律，結(jié)合串聯(lián)電路的規(guī)律和分壓原理確定電壓表連接的位置；
（6）在沒有電壓表的情況下，測燈泡的額定功率，電流表和定值電阻應(yīng)起到電壓表的作用；當通定值電阻的電流為I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{{R}_{0}}$時，定值電阻的電壓為燈的額定電壓；根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈一定正常發(fā)光，在滑片位置不動的情況下，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換使電流表測通過燈與定值電阻的總電流，根據(jù)各用電器的電阻和電壓均不發(fā)生改變，通過定值電阻的電流不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可求出燈的額定電流，根據(jù)P_額=U_額I_額，寫出燈的額定功率表達式．

解答 解：
（1）當燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器的電壓：U_滑=U-U_L=6V-2V=4V，
根據(jù)分壓原理可得：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，即$\frac{4V}{2V}$=$\frac{{R}_{滑}}{8Ω}$，
所以，變阻器連入電路中的阻值大�。篟_滑=16Ω＞10Ω，
故選用B規(guī)格的變阻器；
（2）題中要求滑片向左滑動時變阻器阻值變小，則導(dǎo)線接變阻器的左下接線柱，把滑動變阻器與電流表串聯(lián)接入電路，燈的額定電壓為2V，電壓表選用小量程并聯(lián)在燈泡兩端，實物電路圖如下圖所示：

（3）小明在連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，發(fā)現(xiàn)電壓表指針立刻偏到最大刻度處，小燈泡卻不亮，且電流表也沒有示數(shù)，上述現(xiàn)象反映他在操作中存在的不規(guī)范之處是連接電路時開關(guān)沒有斷開；
電流表示數(shù)為0，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，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完好的，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
（4）由圖乙電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.26A，
則燈泡的額定功率：P=UI=2V×0.26A=0.52W；
（5）當電流表示數(shù)變小時，說明電路中的總電阻變大了，滑動變阻器接入電路的阻值增大，滑動變阻器的分壓增大，而電壓表的示數(shù)增大，這說明電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端了；
（6）①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點“1”，移動滑片，當燈泡正常發(fā)光時，燈泡和R₀的電壓均為2V，所以，應(yīng)使電流表的示數(shù)為：I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再將開關(guān)S₂撥到觸點“2”，保持滑片的位置不動，讀出電流表的示數(shù)I；
③在②中，電流表測燈與定值電阻的總電流，由于電路的連接關(guān)系沒有改變，根據(jù)各用電器的電阻和電壓均不發(fā)生改變可知，通過定值電阻的電流不變，
由并聯(lián)電路電流的規(guī)律可得，通過燈的額定電流：I_L=I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$，
則燈泡額定功率的表達式為：P_額=U_額I_額=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）B；（2）如上圖所示；（3）連接電路時，沒有斷開開關(guān)；燈泡斷路；（4）0.52；（5）電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端了；（6）①$\frac{2V}{{R}_{0}}$； ③2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．

點評 本題測量這個小燈泡的額定功率，考查器材的選擇、電路的連接、實驗注意事項、故障和反�，F(xiàn)象的分析、電功率的計算及設(shè)計實驗方案的能力，綜合性較強．