5.在測(cè)量小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)中,小燈泡的額定電流為0.3A,燈絲阻值在10Ω-15Ω之間.所提供的器材有:電流表、電壓表、電源(電壓恒為6V)、開(kāi)關(guān)各一個(gè),滑動(dòng)變阻器(50Ω  1A)一個(gè),導(dǎo)線若干.

(1)如圖甲所示是小明沒(méi)有連接完的實(shí)物電路,請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖補(bǔ)充完整.
(2)閉合開(kāi)關(guān)前,圖甲中的滑片P應(yīng)位于右(選填“左”或“右”)端;閉合開(kāi)關(guān)后,無(wú)論怎樣移動(dòng)變阻器滑片P,發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮,電壓表有示數(shù),電流表無(wú)示數(shù),原因可能是小燈泡斷路(寫(xiě)出一種即可).
(3)排除故障,閉合開(kāi)關(guān),移動(dòng)滑片,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時(shí),電壓表的示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為4V,小燈泡的額定功率為1.2W.
(4)小亮利用該電路探究電流跟電阻的關(guān)系,他將小燈泡換成多個(gè)定值電阻R,保持電壓表示數(shù)始終為2V,多次更換阻值不同的定值電阻R,并記錄各次電流表的示數(shù),若不更換其他器材,為了能夠完成實(shí)驗(yàn),更換的電阻阻值不能大于25Ω.
(5)小紅沒(méi)用電壓表,但多用了一個(gè)開(kāi)關(guān),其它器材與小明的相同,也測(cè)出了另一個(gè)額定電流為I1的小燈泡的額定功率.她設(shè)計(jì)了如圖丙所示電路圖,請(qǐng)你幫她完成實(shí)驗(yàn)步驟并寫(xiě)出小燈泡額定功率的表達(dá)式. 實(shí)驗(yàn)步驟:
①按圖連接電路,然后只閉合開(kāi)關(guān)S1,移動(dòng)滑片P,使電流表的示數(shù)為I1
②再閉合開(kāi)關(guān)S2,讀出電流表示數(shù)I2
③小燈泡的額定功率的表達(dá)式:P額=I12($\frac{U}{{I}_{1}}$-$\frac{U}{{I}_{2}}$).(用字母表示,可能用到的物理量有:已知的電源電壓U、燈泡的額定電流I1和實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的物理量)

分析 (1)由電路圖可知,電壓表連線不完整,根據(jù)題意確定電壓表量程,電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián).
(2)閉合開(kāi)關(guān)前,滑片應(yīng)滑到最大值處;電流表無(wú)示數(shù),說(shuō)明電路可能斷路,電壓表有示數(shù),說(shuō)明電壓表與電源連通了,由此判斷電路故障.
(3)由圖乙根據(jù)電壓表量程讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓,由P=UI計(jì)算額定功率.
(4)根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律分析答題.
(5)燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián),用電流表測(cè)流過(guò)電路的電流,由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律求出流過(guò)燈泡電流為燈泡額定電流時(shí),燈泡兩端電壓,然后由P=UI求出燈泡額定功率.

解答 解:
(1)燈泡額定電流為0.3A,燈絲阻值在10Ω~15Ω之間,則燈泡額定電壓U=IR在3V~4.5V間,電壓表應(yīng)選0~15V量程,電壓表與燈泡并聯(lián),電路圖如圖所示:

(2)為了電路安全,開(kāi)關(guān)閉合前滑片應(yīng)滑到電阻最大位置,即右端;
閉合開(kāi)關(guān),電流表無(wú)示數(shù),說(shuō)明電路是斷路,小燈泡不發(fā)光,電壓表有示數(shù),說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的這部分電路斷路了,即小燈泡斷路;
(3)電壓表量程是0~15V,由圖乙可知,電壓表分度值是0.5V,電壓表示數(shù)是4V,此時(shí)燈泡正常發(fā)光,所以燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W;
(4)電源電壓為6V,電阻兩端電壓為2V,滑動(dòng)變阻器分壓為4V,是定值電阻兩端電壓的兩倍,根據(jù)分壓原理可知,滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為定值電阻阻值的兩倍,滑動(dòng)變阻器最大阻值為50歐姆,因此定值電阻最大阻值為25歐姆.
(5)實(shí)驗(yàn)步驟:
①按圖連接電路,然后只閉合開(kāi)關(guān)S1,移動(dòng)滑片P,使燈泡正常發(fā)光,電流表的示數(shù)為I1
②再閉合開(kāi)關(guān)S2,讀出電流表示數(shù)I2;
再閉合開(kāi)關(guān)S2時(shí)燈泡短路,滑動(dòng)變阻器的電阻R=$\frac{U}{{I}_{2}}$,
只閉合開(kāi)關(guān)S1,滑動(dòng)變阻器和燈泡串聯(lián),總電阻R=$\frac{U}{{I}_{1}}$,
燈泡的電阻RL=R-R=$\frac{U}{{I}_{1}}$-$\frac{U}{{I}_{2}}$,
燈泡的額定功率P=I12RL=I12($\frac{U}{{I}_{1}}$-$\frac{U}{{I}_{2}}$).
故答案為:(1)如上圖;(2)右;小燈泡斷路;(3)4;1.2;(4)25;(5)讀出電流表的示數(shù)I2;I12($\frac{U}{{I}_{1}}$-$\frac{U}{{I}_{2}}$).

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接電路圖、電路故障的判斷、電壓表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用等,考查知識(shí)點(diǎn)多,綜合性強(qiáng),第(5)問(wèn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟難度較大,是本題的難點(diǎn).

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