Question

10．一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)，電源：電壓為6V的A規(guī)格，電壓為3V的B規(guī)格可選，滑動(dòng)變阻器規(guī)格10Ω  2A，導(dǎo)線若干．

（1）為保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選擇B（選填“A”或“B”）規(guī)格的電源
（2）請(qǐng)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(dòng)時(shí)變阻器阻值變�。�．
（3）小明調(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，則小燈泡的額定電流為0.26A，小燈泡的額定功率為0.52W．
（4）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)�，�?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$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$（用R₀表示）；
②再將開(kāi)關(guān)S₂撥到另一觸點(diǎn)，保持滑片的位置不動(dòng)，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=2.0V×（I-$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$）．（用已知量和測(cè)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(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，根據(jù)分壓原理確定變阻器連入電路中的電阻與題中滑動(dòng)變阻器的最大阻值比較；
（2）根據(jù)滑片向左滑動(dòng)時(shí)變阻器阻值變小確定變阻器的連接，與電流串聯(lián)，將電壓表與燈并聯(lián)；
（3）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；
（4）在沒(méi)有電壓表的情況下，測(cè)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(dāng)通定值電阻的電流為I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$時(shí)，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(dòng)的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換使電流表測(cè)通過(guò)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(guò)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(dá)式．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器的電壓：
U_滑=U-U_L=6V-2V=4V，根據(jù)分壓原理：
$\frac{U-{U}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，即$\frac{U-2V}{2V}$=$\frac{{R}_{滑}}{8Ω}$-------①
若電源電壓為6V，
由①得，變阻器連入電路中的阻值大小：
R_滑=24Ω＞10Ω，故不可行；
若電源電壓36V，
由①得，變阻器連入電路中的阻值大�。�
R_滑=4Ω＜10Ω，可行；
故選用電壓為3V的B規(guī)格的電源；
（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)物電路圖如下圖所示：

（3）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，燈泡額定功率：
P=UI=2V×0.26A=0.52W；
（4）①閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂撥到觸點(diǎn)“1”，使電流表的示數(shù)為：
I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$；
②再將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)“2”，保持滑片的位置不動(dòng)，讀出電流表的示數(shù)I；
③在①中，電流表測(cè)定值電阻電流，當(dāng)電流表示數(shù)為：
I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$，根據(jù)歐姆定律，定值電阻兩端電壓為2V
根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈泡兩端電壓為額定電壓2V；
在③中，電流表測(cè)燈與定值電阻的總電流，根據(jù)電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，根據(jù)各用電器的電阻和電壓均不發(fā)生改變，通過(guò)定值電阻的電流不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈的額定電流：
I_L=I-$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$，
燈泡額定功率的表達(dá)式為：
P_額=U_額I_額=2.0V×（I-$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）B；（2）如上所示；（3）0.26；  0.52   （4）①1；  $\frac{2.0V}{{R}_{0}}$； ③2.0V×（I-$\frac{2.0V}{{R}_{0}}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定功率，考查器材的選擇、電路的連接、電流表讀數(shù)、額定功率的計(jì)算及在沒(méi)有電壓表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性強(qiáng)，難度較大．