Question

19．圖甲是“測(cè)量小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)電路圖，小燈泡的額定電壓為2.5V．

（1）圖甲中只有一根導(dǎo)線的一個(gè)接頭接錯(cuò)，請(qǐng)?jiān)阱e(cuò)誤處畫“×”，并在圖上改正．
（2）電路修改正確后，閉合開(kāi)關(guān)前，將圖中的滑動(dòng)電阻器滑片調(diào)到最右端（選填“左端”“右端”“中間”）．閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)行的操作是C
A．更換小燈泡                        B．檢查電路是否斷路
C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光
（3）閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P到某一點(diǎn)時(shí)，電壓表示數(shù)（如圖乙所示）為2.2V，若想測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑片P向左（選填“左”或“右”）端移動(dòng)．某同學(xué)移動(dòng)滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成如圖丙所示的I-U圖象，根據(jù)圖象信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W．當(dāng)加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時(shí)，小燈泡的電阻是10Ω．
（4）小天還想通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較小燈泡“實(shí)際電流是額定電流一半時(shí)的電功率P₁”和“實(shí)際電壓是額定電壓一半時(shí)的電功率P₂”，但是老師告訴他，根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖象，就可以比較這兩個(gè)電功率，小天認(rèn)真思考后，很快得出結(jié)論：P₁大于P₂ （選填“大于”“小于”或“等于”） 
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小麗的小組又設(shè)計(jì)了如圖丁所示的實(shí)驗(yàn)電路，借助實(shí)驗(yàn)室的器材，同樣測(cè)出了小燈泡正常發(fā)光時(shí)電功率，請(qǐng)你完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開(kāi)關(guān)S，將開(kāi)關(guān)S₁撥到觸點(diǎn)2（選填“1”或“2”）移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為燈泡的額定電壓U₁．
②滑片的位置保持不動(dòng)，再將開(kāi)關(guān)S₁撥到另一個(gè)觸點(diǎn)讀出電壓表的示數(shù)為U₂；
③小燈泡正常發(fā)光時(shí)功率的表達(dá)式P=U₁×$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$．（用U₁、U₂、R₀表示）．

Answer 1

分析 （1）原電路中，電流表與電壓表位置顛倒了；
（2）為保護(hù)電路，連接電路時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大；由于變阻器連入電路中的電阻最大，根據(jù)歐姆定律，此時(shí)電路中的電流最小，據(jù)此判斷下一步的操作；
（3）根據(jù)圖乙電壓表小量程讀數(shù)，燈在額定電壓下才正常工作，比較電壓與額定電壓的關(guān)系，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；
由圖丙找出額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
由圖丙找出1.5V下的電流，根據(jù)歐姆定律求燈的電阻；
（4）如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時(shí)的電流等于額定電流的一半，其實(shí)際功率等于額定功率的四分之一；實(shí)際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實(shí)際電壓為額定電壓一半時(shí)的電流大于額定電流的一半，此時(shí)燈泡實(shí)際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時(shí)，燈泡實(shí)際功率等于額定功率的四分之一，實(shí)際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過(guò)燈泡電流為其額定電流一半時(shí)，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，則燈泡實(shí)際功率小于額定功率的四分之一．
（5）在沒(méi)有電流表的情況下，定值電阻和電壓表應(yīng)起到測(cè)算電流的作用，首先移動(dòng)滑片使燈泡兩端的電壓為額定電壓U₁，使燈正常發(fā)光，保持滑片位置不動(dòng)；
通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，然后測(cè)出此時(shí)定值電阻與燈串聯(lián)的電壓U₂，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有變化，各用電器的電阻沒(méi)有發(fā)生變化，各用電器的電壓也沒(méi)有變化，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，可求出此時(shí)定值電阻的電壓；
根據(jù)歐姆定律求出通過(guò)定值電阻的電流，由串聯(lián)電路電流的規(guī)律，即為燈正常工作時(shí)的電流大小，根據(jù)P=UI計(jì)算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）原電路中，電流表與燈并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中了，是錯(cuò)誤的，電壓表應(yīng)與燈并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中，連接電流表“0.6”接線柱與燈的右接線柱的連線是錯(cuò)誤的，應(yīng)去掉，將燈的右接線柱與電壓表負(fù)接線柱連接起來(lái)，修改后如下所示：

（2）連接電路時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大，即滑片移動(dòng)到右端；
閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，因變阻器連入電路中的電阻最大，電流最小，故燈不亮，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)行的操作是移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光，選C；
（3）圖丙中，電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V；小于燈的額定電壓2.5V，因燈在額定電壓下才正常發(fā)光，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻大小，滑片向左移動(dòng)；
由圖丙知，燈的電壓為額定電壓2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流大小為0.2A，燈的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
當(dāng)燈的電壓為U′=1.5V時(shí)，由圖丙知，對(duì)應(yīng)的電流為I′=0.15A，根據(jù)歐姆定律，燈的電阻R=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}$=$\frac{1.5V}{0.15A}$=10Ω；
（4）因?yàn)镻=$\frac{{U}^{2}}{R}$，所以燈泡實(shí)際電壓為其額定電壓一半時(shí)，它的實(shí)際功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_額；
因?yàn)镻=I²R，所以實(shí)際電流等于額定電流一半時(shí)，實(shí)際功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，
故P₁＞P₂；
（5）①接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開(kāi)關(guān)S_l，將S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為燈泡的額定電壓U₁；
②滑片的位置保持不動(dòng)，再將開(kāi)關(guān)S₂撥到另一個(gè)觸點(diǎn)讀出電壓表的示數(shù)為U₂；
③由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得，此時(shí)電路中的電流I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$，由P=UI可得，小燈泡正常發(fā)光時(shí)功率的表達(dá)式為：P=U₁×$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；
（2）右端；C；
（3）2.2；左；0.5；10；
（4）大于；
（5）①2；③U₁×$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡額定功率，考查電路的連接、注意事項(xiàng)、串聯(lián)電路的規(guī)律、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、額定功率及電阻的計(jì)算及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，難度大，為壓軸題．