Question

10．用圖甲所示的電路圖測量小燈泡的電功率，電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V，正常發(fā)光時電阻約為10Ω．

（1）用筆畫線表示導(dǎo)線，選好電流表量程，將圖乙電路連接完整；
（2）連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)；
（3）閉合開關(guān)后，小燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，電壓表示數(shù)為3V，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是B．（填序號）
A．小燈泡短路      B．小燈泡斷路     C．電流表接觸不良      D．電流表短路
（4）排除故障后閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P到某一點，電壓表示數(shù)如圖丙所示，此時小燈泡兩端的電壓為2.2V．若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖乙中滑動變阻器的滑片P向D（選填“C”或“D”）端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V．根據(jù)該組同學(xué)實驗得到的I-U圖象（圖丁所示）信息，小燈泡的額定功率為0.55W．
（5）假如電壓表已經(jīng)損壞，要測出小燈泡的額定功率，小明同學(xué)向老師借了一個阻值為R₀=10Ω電阻和一個電流表兩個開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，也完成了該實驗．請你在圖戊中畫出小明可能設(shè)計的電路圖．電功率的表達式為2.5V×（I_并-0.25A）．

Answer 1

分析 （1）電流表與燈泡串聯(lián)，求出燈正常工作時的電流大小，確定電流表的量程，變阻器滑片右邊電阻絲連入電路中；（2）連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)；
（3）閉合開關(guān)燈不亮、電流表無示數(shù)，可能是電路斷路；電壓表有示數(shù)為電源電壓，說明電壓表與電源兩端是連通的，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：小燈泡斷路；
（4）根據(jù)圖丙電壓表小量程讀數(shù)；比較電壓表示與額定電壓的大小，根據(jù)分壓原理確定滑片移動的方向，直到電壓表為2.5V；根據(jù)I-U圖象，找出額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率；
（5）在沒有電流表的情況下，定值電阻和與其串聯(lián)的電流表應(yīng)起到電壓表的作用，要判斷燈正常發(fā)光，應(yīng)把燈與其并聯(lián)．通過移動滑片使燈正常發(fā)光，然后通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測出燈與定值并聯(lián)的電流I_并，根據(jù)各用器的電壓不變，通過定值電阻的電流不變，求出燈正常工作時的電流I_L，根據(jù)P_額=U_額I_額求燈的額定功率．

解答 解：（1）當(dāng)燈泡正常發(fā)光時電路中的電流大約為I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，燈泡的額定電流大約為0.25A＜0.6A，所以電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯(lián)；滑動變阻器按一上一下的原則與電流表串聯(lián)，如下圖1所示：
（2）為保護電路，連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)；
（3）經(jīng)分析，閉合開關(guān)后，小燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，電壓表示數(shù)為3V，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是小燈泡斷路，答案選B；
（4）由圖丙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，則燈泡兩端的電壓為2.2V＜2.5V，則為了測小燈泡的額定功率，要增大燈的電壓減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理應(yīng)減小變阻器連入電路 中的電阻大小，所以向D端移動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
根據(jù)圖丁I-U圖象，得出燈泡正常工作時的電流I=0.22A，燈泡的額定功率P=U_LI=2.5V×0.22A=0.55W；
（5）①設(shè)計的電路如下圖2所示：

只閉合S_l、S₂，移動變阻器的滑片使電流表的示數(shù)為0.25A，則定值電阻的電壓為U_定=I_定×R₀=0.25A×10Ω=2.5V，與定值電阻并聯(lián)的燈的電壓為2.5V，燈正常發(fā)光；
②保持滑片的位置不動，斷開S₂，閉合S₃，讀出電流表的示數(shù)I_并．因電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器的電壓不變，燈仍正常發(fā)光，通過定值電阻的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點，通過燈的電流I_L=I_并-0.25A，則燈的額定功率P_額=2.5V×（I_并-0.25A）．
故答案為：（1）如上圖1所示；
（2）斷開；
（3）B；
（4）2.2；D；0.5；2.5；0.55；
（5）如上圖2所示；2.5V×（I_并-0.25A）．

點評 本題測量小燈泡的電功率，考查電路的連接、實驗注意事項、故障的分析、操作過程、額定功率的計算及設(shè)計實驗方案的能力，綜合性強，難度較大．