Question

17．在“測量小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)中，小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣．

（1）連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開．請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物電路連接完整．
（2）閉合開關(guān)后，他發(fā)現(xiàn)燈不亮，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則電路中出現(xiàn)的故障可能是燈泡短路了．
（3）某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量得到的數(shù)據(jù)，畫出了如圖乙所示的 I-U圖象，則小燈泡的額定功率為0.5W．分析圖象不是直線的原因燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（4）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小聰向老師要了一個(gè)最大阻值為R₂的滑動變阻器，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，也測出了小燈泡的額定功率．請寫出實(shí)驗(yàn)步驟及額定功率的表達(dá)式．實(shí)驗(yàn)步驟：①將R₂的滑片移至a端，調(diào)節(jié)R₁的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持R₁的滑片位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出此時(shí)電壓表示數(shù)為U；．
額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{2}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開；本實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端；
（2）電流表有示數(shù)，說明電路是通路，燈泡不亮，可能是燈泡斷路和短路，電壓表無示數(shù)可能是與之并聯(lián)的部分短路，由此分析解答；
（3）根據(jù)圖丙找出額定電壓下對應(yīng)的電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（4）由圖知，燈泡、滑動變阻器R₁、R₂串聯(lián)在電路中，并且R₂是以最大值接入電路的定值電阻，測出燈泡正常發(fā)光時(shí)燈與R₂的總電壓，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律得到此時(shí)燈泡電流，從而計(jì)算其額定功率．

解答 解：
（1）為了保護(hù)電路，連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開；
本實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，因?yàn)闊襞蓊~定電壓2.5V，所以電壓表使用0-3V量程，如圖所示：
；
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路；電流表有示數(shù)，說明電路是通路，而電壓表無示數(shù)，可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡短路了；
（3）根據(jù)圖乙，燈的額定電壓為2.5V時(shí)，對應(yīng)的電流為0.2A，
則小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
燈泡的I-U圖象不是直線，說明電流與電壓不成正比，原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（4）實(shí)驗(yàn)步驟：
①將R₂的滑片移至a端，調(diào)節(jié)R₁的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持R₁的滑片位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出此時(shí)電壓表示數(shù)為U；
表達(dá)式的推導(dǎo)：
丙圖中，燈泡、R₁、R₂串聯(lián)在電路中，把電壓表看作斷路看作，R₂始終以最大阻值接入電路中；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟可知，此時(shí)R₂兩端的電壓：U₂=U-2.5V，
電路中電流：I=I_L=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{2}}$，
所以小燈泡的額定功率：
P_額=U_額I=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{2}}$．
故答案為：（1）斷開；見上圖；
（2）燈泡短路了；
（3）0.5；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（4）①將R₂的滑片移至a端，調(diào)節(jié)R₁的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持R₁的滑片位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出此時(shí)電壓表示數(shù)為U；
$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{2}}$．

點(diǎn)評 本題測量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，考查電路的連接、故障判斷、功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素及特殊方法測電阻，綜合性較強(qiáng)．