Question

19．一只小燈泡的額定電壓為2.0V，正常發(fā)光時(shí)的電阻約為8Ω．小明想測(cè)量這個(gè)小燈泡的額定功率，實(shí)驗(yàn)室中有如下器材：一個(gè)電壓表、一個(gè)電流表、一個(gè)開(kāi)關(guān)，電壓為6V的電源，滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)應(yīng)該選擇B（選填“A”或“B”）規(guī)格的滑動(dòng)變阻器．
（2）請(qǐng)用筆畫(huà)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(dòng)時(shí)變阻器阻值變�。�．
（3）小明在連接好電路的最后一根導(dǎo)線時(shí)，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(méi)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(shí)沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)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(yùn)，電壓表并沒(méi)有因此而損壞．小明便開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(shí)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）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明進(jìn)行了反思，如果剛才電壓表被損壞了，能不能換成其他的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)完成實(shí)驗(yàn)?zāi)兀��?jīng)過(guò)思考，他用了一個(gè)已知阻值為R₀的電阻和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，也測(cè)出了燈泡的額定功率，請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂撥到觸點(diǎn)“1”，移動(dòng)滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再保持滑片的位置不動(dòng)，將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)“2”，讀出電流表的示數(shù)I；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．（用已知量和測(cè)量量表示）

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律和串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動(dòng)變阻器．
（2）根據(jù)題目要求與實(shí)驗(yàn)原理連接實(shí)物電路圖．
（3）連接電路時(shí)，為保護(hù)電路開(kāi)關(guān)要斷開(kāi)變阻器連入電路中電阻最大．
（4）由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，然后又P=UI 求出燈泡額定功率．
（5）在沒(méi)有電壓表的情況下，測(cè)燈的額定功率，電流表和定值電阻應(yīng)起到電壓表測(cè)量的作用，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，先使燈正常發(fā)光；再通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測(cè)干路電流，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各電阻的電壓不為，燈仍正常發(fā)光，通過(guò)定值電阻的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈的電流，根據(jù)P_額=U_額I_額寫(xiě)出燈泡額定功率的表達(dá)式．

解答 解：
（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流約為：I=$\frac{U}{R}=\frac{2V}{8Ω}$=0.25A，
燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{U{-U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2V}{0.25A}$=16Ω，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選B．
（2）滑片向左滑動(dòng)時(shí)變阻器阻值變小，滑片接左下接線柱，把滑動(dòng)變阻器與電流表小量程串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，實(shí)物電路圖如圖所示：

（3）連接好電路的最后一根導(dǎo)線時(shí)，電壓表指針立刻偏到最大刻度處，說(shuō)明連接電路時(shí)沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；小燈泡不亮，電流表沒(méi)有示數(shù)，說(shuō)明電路存在斷路，電壓表指針指到最大刻度處，說(shuō)明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路．
（4）由圖示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.26A，
燈泡額定功率：P=UI=2V×0.26A=0.52W．
（5）①閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂撥到觸點(diǎn)“1”，此時(shí)電流表測(cè)定值電阻電流，要使燈泡正常發(fā)光，燈泡兩端電壓應(yīng)為額定電壓2V，此時(shí)定值電阻兩端電壓也是2V，所以要移動(dòng)滑片，使電流表的示數(shù)為：I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}=\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再保持滑片的位置不動(dòng)，將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)“2”，讀出電流表的示數(shù)I；
③在②中，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各電阻的電壓不為，燈仍正常發(fā)光，通過(guò)定值電阻的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈的電流：I_L=I-I₀=I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$．
燈泡額定功率的表達(dá)式為：P_額=U_額I_額=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）B；（2）如圖所示；（3）連接電路時(shí)，沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；燈泡斷路；（4）0.52；（5）①$\frac{2V}{{R}_{0}}$；②保持滑片的位置不動(dòng)，將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)“2”；③2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材的選擇、連接實(shí)物電路圖、注意事項(xiàng)、電路故障分析、電表讀數(shù)、求功率及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，有難度．