Question

16．小鐵和小嶺在測量額定電壓是2.5V小燈泡電功率的實驗中：
（1）為完成實驗，請在圖甲中畫出伏安法測小燈泡電功率的電路圖．
（2）若開關(guān)閉合后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，則故障是滑動變阻器都接在了下面兩個接線柱．
（3）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表示數(shù)為2V時，電流表示數(shù)如圖乙所示，此時通過小燈泡的電流為0.22A，小燈泡此時的電功率為0.44W．若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向左（填“左”或“右”）移動（按照所畫的電路圖填），直到電壓表示數(shù)為2.5V為止．
（4）移動滑動變阻器的滑片，記下多組電流表及對應(yīng)電壓表的示數(shù)，并畫出圖丙所示的I-U圖象，從圖象可算出小燈泡的額定功率為0.625W．
（5）兩人繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中，小燈泡突然熄滅，電壓表示數(shù)變大（填“變大”、“變小”或“不變”），經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)燈絲燒斷．
（6）兩人實驗完畢后，又重新選擇實驗器材，不用電壓表就測出了I_額=0.3A的小燈泡的額定功率，設(shè)計的電路圖如圖丁所示，請將下列實驗步驟補充完整，并計算出小燈泡的額定功率（電源電壓恒定且未知，滑動變阻器的最大阻值為30Ω）．
①將滑動變阻器的電阻調(diào)到最大，開關(guān)S₁閉合，S₂閉合（填“閉合”或“斷開”）讀出電流表的示數(shù)為0.2A，則電源電壓為6V；
②開關(guān)S₁閉合，S₂斷開（填“閉合”或“斷開”），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表的示數(shù)為0.3A時，小燈泡正常發(fā)光；
③開關(guān)S₁、S₂均閉合，滑動變阻器的滑片保持不變，讀出電流表的示數(shù)為0.4A；
④小燈泡的額定功率P_額=0.45W．

Answer 1

分析 （1）伏安法測電阻，電源、開關(guān)、滑動變阻器、電流表、燈泡組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在待測電阻兩端，據(jù)此作出電路圖．
（2）發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，說明滑動變阻器接錯了，把滑動變阻器當定值電阻接入電路了；
（3）根據(jù)圖乙電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，利用P=UI求出小燈泡此時的電功率；額定電壓下燈泡的實際功率和額定功率相等，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點可知變阻器接入電路中電阻的變化，然后判斷滑片移動的方向；
（4）根據(jù)圖象讀出額定電壓下通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
（5）燈泡突然燒斷，燈泡斷路，電壓表兩極直接與電源兩極相連，電壓表測電源電壓，電壓表示數(shù)變大；
（6）只閉合開關(guān)S₁，移動滑片P，便電流表的示數(shù)為為0.3A，此時燈正常工作；
保持滑片的位置不動，再閉合開關(guān)S₂，此時燈被短路，電路中電流可讀出，根據(jù)歐姆定律，可求電路中的電阻大小即為變阻器連入電路中的值，在（2）中，由歐姆定律可求出燈正常工作時的電壓，根據(jù)P_額=U_額I求燈的額定電功率．

解答 解：（1）伏安法測電阻的實驗電路圖如圖所示；
（2）燈泡發(fā)光較暗，電流表有示數(shù)說明電流太小，滑動變阻器的阻值太大，任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數(shù)不變說明滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱上；
（3）圖乙電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.22A，小燈泡此時的電功率P=UI=2V×0.22A=0.44W；
此時燈泡兩端的電壓2V＜2.5V，由串聯(lián)電路的分壓特點可知，要測燈泡的額定功率，應(yīng)減小滑動變阻器接入電路中的電阻，即滑片左移，直到電壓表示數(shù)為2.5V時為止；
（4）由圖象知，燈泡電壓2.5V時，通過的電流為0.25A，所以小燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
（5）實驗中小燈泡的燈絲突然被燒斷，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表示數(shù)約等于電源電壓，所以電壓表的示數(shù)變大．
只閉合開關(guān)S，移動滑片P，便電流表的示數(shù)為I=0.3A；
（6）①將滑動變阻器的電阻調(diào)到最大，開關(guān)S₁閉合，S₂ 閉合讀出電流表的示數(shù)為0.2A，電源電壓為：U=IR=0.2A×30Ω=6V；
②開關(guān)S₁閉合，S₂ 斷開調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表的示數(shù)為 0.3A時，小燈泡正常發(fā)光；
③開關(guān)S₁、S₂均閉合，滑動變阻器的滑片保持不變，讀出電流表的示數(shù)為0.4A；
④小燈泡的額定功率P_額=0.45W．
故答案為：（ 1）見上圖；（2）滑動變阻器都接在了下面兩個接線柱；（3）0.22； 0.44；   2.5；（4）0.625； （5）變大；（6）①閉合； 6； ②斷開； 0.3； ③保持不動；④0.45．

點評 本題在沒有電壓表的情況下測量小燈泡的額定功率，利用開關(guān)短路引起電路的變化，根據(jù)測出的不同電流求出燈正常工作時的電壓，最后求出燈的額定功率．