Question

19．在測量額定電壓為“2.5V”的小燈泡的額定功率實驗中：

（1）小李將實驗器材連成圖甲所示情況，請你用筆畫線代替導(dǎo)線畫出小李繼續(xù)連接的正確接線；
（2）小李在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片P移到A（A/B）處；
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡沒有發(fā)光，此時她應(yīng)該：C
A．立即更換燈泡   B．立即檢查線路
C．先觀察兩電表示數(shù)情況再決定D．立即移動滑動變阻器滑片
（4）小李隨后調(diào)節(jié)滑片P到某位置時，電壓表的示數(shù)恰為2.5V，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，此時通過小燈泡的電流是0.24A，燈泡消耗的電功率是0.6W；
（5）小李完成實驗后，他又繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，記錄了三組電壓表和對應(yīng)電流表的示數(shù)，分別算出各次的電阻值，求出各次電阻平均值，他認(rèn)為這就是小燈泡正常發(fā)光的電阻，他的方法是不正確（正確/不正確）的；
（6）小華在實驗時發(fā)現(xiàn)本組的電流表已經(jīng)損壞，他利用一個電壓表、阻值已知的定值電阻R₀、若干開關(guān)、一個滑動變阻器和若干導(dǎo)線也測出了該小燈泡的額定功率．請在虛線框內(nèi)設(shè)計出電路圖（要求：電壓表只連一次，連好后不允許拆接），并寫出主要的實驗步驟：
①閉合S和S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P直到電壓表的示數(shù)為U_額；②斷開S₁，閉合S₂，保持滑片P不動，讀出此時電壓表的示數(shù)U₀．
請計算出該小燈泡的額定功率P_額﹦U_額×$\frac{{U}_{0}{-U}_{額}}{{R}_{0}}$．（注意：燈泡的額定電壓用U_額表示，定值電阻的阻值用R₀表示，其余用所測物理量的符號表示）

Answer 1

分析 （1）燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，電壓表與燈泡并聯(lián)．注意電壓表正負(fù)接線柱．
（2）閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，滑片處于最大阻值處：
（3）燈泡不發(fā)光，可能是電路斷路，或燈泡短路，或電路電流太小燈泡實際功率太小不足以引起燈泡發(fā)光造成的；如果燈泡不發(fā)光，應(yīng)先觀察電表示數(shù)，根據(jù)電表示數(shù)先大致判斷故障原因，然后再采取措施；
（4）電流表的讀數(shù)：確定使用的量程，確定每一個大格和每一個小格各代表多少．知道燈泡的額定電壓和額定電流，根據(jù)P=UI計算額定功率．
（5）燈絲的電阻受溫度影響比較大，當(dāng)燈泡兩端的電壓增大時，燈絲的電阻溫度升高，電阻增大，進(jìn)行多次實驗是為了發(fā)現(xiàn)燈絲電阻和溫度的關(guān)系，而不是為了求平均值來減小誤差；
（6）電流表損壞了，測該小燈泡的額定功率，定值電阻R₀和電壓表應(yīng)起到測量電流的作用，故燈、定值電阻與變阻器串聯(lián)，先移動變阻器的滑片使燈正常發(fā)光；
保持滑片的位置不動，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，測量燈與定值電阻的電壓，因電路的連接沒有變化，各電阻的大小和電壓大小不變，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可求出定值電阻的電壓，根據(jù)歐姆定律可求通過定值電阻的電流，結(jié)合串聯(lián)電路的特點，即可知道燈的額定電流，根據(jù)P_額=U_額I_L，可求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）將燈串聯(lián)在電路中，因燈泡的額定電壓是2.5V，所以電壓表選擇0～3V量程，電壓表和燈泡并聯(lián)．如下圖1所示：

（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，變阻器連入電路中的電阻最大，所以滑片移動到A處；
（3）閉合開關(guān)，小燈泡沒有發(fā)光，應(yīng)該先觀察兩電表示數(shù)情況再決定，故選C；
（4）電流表使用的0～0.6A量程，每一個大格代表0.2A，每一個小格代表0.02A，電流為0.24A．燈的額定功率：
P=UI=2.5V×0.24A=0.6W．
（5）小李進(jìn)行了三次實驗，得到三組數(shù)據(jù)，求出電阻，計算電阻的平均值，這種方法是錯誤的．因為燈絲的電阻受燈絲溫度影響比較大，當(dāng)電壓增大時，燈絲溫度升高，電阻增大，燈絲在不同電壓下電阻是不同的，不能通過求平均值來計算正常工作時的電阻．他的方法是不正確的；
（6）由上分析，將燈泡、定值電阻R₀、滑動變阻器串聯(lián)，移動滑片，用電壓表先測出燈泡正常發(fā)光時的電壓（閉合S、S₁，斷開S₂），再測出燈泡與定值電阻的總電壓（閉合S、S₂，斷開S₁），電路圖如圖2所示：

實驗步驟：①只閉合S和S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P直到電壓表的示數(shù)為2.5V；
②再斷開S₁，閉合S₂，保持滑片P不動，讀出此時電壓表的示數(shù)U₀．
表達(dá)式：在開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，燈的電壓保持不變，故定值電阻的電壓U_定=U₀-U_額，通過其的電流：
I_定=$\frac{{U}_{0}{-U}_{額}}{{R}_{0}}$，
根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，燈的額定電流：
I_L=$\frac{{U}_{0}{-U}_{額}}{{R}_{0}}$，燈的額定功率：
P_額=U_額I_L=U_額×$\frac{{U}_{0}{-U}_{額}}{{R}_{0}}$．
故答案為：
（1）如圖1所示；
（2）A；
（3）C；
（4）0.24；0.6；
（5）不正確；
（6）如圖2所示：
①閉合S和S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P直到電壓表的示數(shù)為2.5V；
②斷開S₁，閉合S₂，保持滑片P不動，讀出此時電壓表的示數(shù)U₀．
U_額×$\frac{{U}_{0}{-U}_{額}}{{R}_{0}}$．

點評 本題測量額定電壓為“2.5V”的小燈泡的額定功率，考查了實物電路的連接、電路故障的分析、電表讀數(shù)、額定功率的計算、數(shù)據(jù)的處理、影響電阻大小的因素及設(shè)計實驗方案的能力，難點是第6小題：應(yīng)用串聯(lián)電路電流相等的特點以及串聯(lián)電路電壓的特點是設(shè)計實驗電路圖的關(guān)鍵．