Question

4．實驗課上，老師取來了電源、小燈泡、滑動變阻器、開關(guān)、電流表和電壓表各一個以及導線若干，然后讓同學們設(shè)計實驗來測量小燈泡的電功率．（小燈泡的額定電壓為2V）

（1）王琳同學設(shè)計了如圖甲所示的電路，請將圖乙中的實物電路按照圖甲所示的電路圖連接完整．
（2）王琳連接好電路后閉合開關(guān)，結(jié)果她發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表和電壓表也都沒有示數(shù)．造成該現(xiàn)象的原因可能是滑動變阻器斷路．
（3）排除故障后，王琳將滑動變阻器的滑片移到某一位置時，電壓表示數(shù)為1.6V，想要使小燈泡正常發(fā)光，則王琳應將滑動變阻器的滑片向左（選填“左”或“右”）移動；繼續(xù)移動滑動變阻器滑片，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為0.4W，此時小燈泡燈絲的阻值為10Ω．
（4）李宏同學在做實驗時沒有使用電流表，反而多用了一個開關(guān)來測量小燈泡的額定功率．她設(shè)計了如圖丁所示電路，請你補全實驗步驟，并寫出小燈泡額定功率的表達式．
①只閉合開關(guān)S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2V，此時滑動變阻器的阻值為R；
②保持滑片P位置不變，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表的示數(shù)U；
③小燈泡的額定功率表達式P=2V×$\frac{U-2V}{R}$．

Answer 1

分析 （1）電壓表并聯(lián)到燈泡的兩端，電流表、滑動變阻器、燈泡串聯(lián)接入電路中；
（2）電流表示數(shù)為零，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)為零，說明電壓表的正負接線柱不能與電源兩極相連．
（3）若燈泡兩端的電壓低于額定電壓，要測其額定功率，則應減小滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為2.5V；根據(jù)圖乙讀出電流表的示數(shù)，注意量程和分度值，根據(jù)P=UI計算出其額定功率；根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出燈泡的電阻；
（4）滑動變阻器接入電路的電阻為0時，電壓表測量的是電源電壓；根據(jù)電源電壓求出滑動變阻器兩端的電壓，從而求出電路中的電流，根據(jù)功率公式求出小燈泡的電功率．

解答 解：（1）電壓表并聯(lián)到燈泡的兩端，電流表、滑動變阻器、燈泡串聯(lián)接入電路中，電流從電表的正接線流入，負接線柱流出，滑動變阻器采用一上一下的接法，如圖：
；
（2）電流表示數(shù)為零，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)為零，說明電壓表的正負接線柱不能與電源兩極相連，因此電路故障為滑動變阻器斷路；
（3）電壓表示數(shù)為1.5V，低于額定電壓，所以應減小滑動變阻器的阻值，將滑片向左端滑動，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
由圖乙知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.20A，所以P=UI=2.0V×0.2A=0.4W；
燈絲的電阻為：R=$\frac{{U}_{額}}{I}$=$\frac{2V}{0.20A}$=10Ω；
（4）實驗步驟：
①只閉合開關(guān)S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2V，此時滑動變阻器的阻值為R；
②保持滑片P位置不變，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表的示數(shù)U；
③只閉合開關(guān)S₁時，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可知，滑動變阻器兩端的電壓為：U'=U-2V；
電路中的電流為：I=$\frac{U'}{R}$=$\frac{U-2V}{R}$；
小燈泡的額定功率表達式P=U_額I=2V×$\frac{U-2V}{R}$．
故答案為：（1）如圖；（2）滑動變阻器斷路；（3）左；0.4；10；（4）②保持滑片P位置不變，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表的示數(shù)U；③2V×$\frac{U-2V}{R}$．

點評 此題是測定小燈泡的額定功率的實驗，考查了電壓表、電流表、滑動變阻器的接法，注意電壓表電流表量程的選擇及正負接線柱的接法，滑動變阻器要接一上一下；同時考查了滑動變阻器的使用、電流表的讀數(shù)及額定功率的計算，還涉及到了電路故障的分析，判斷滑片的移動方向及電路故障是本題的難點．