Question

18．在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡L的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，可供選用的滑動變阻器R₁和R₂的最大阻值分別為10Ω和50Ω．圖1是該實驗的電路圖．

（1）應該選用的滑動變阻器是R₂（填“R₁”或“R₂”）；
（2）閉合開關，發(fā)現小燈泡不亮，電流表有示數，電壓表無示數．發(fā)生故障的原因可能是小燈泡短路．
（3）圖2是根據實驗數據繪成的U-I圖象，根據圖象提供的信息可計算出小燈泡的額定功率是0.5W；當滑動變阻器的滑片向左移動時，小燈泡的電阻將變大．
（4）另一組同學在連線時，不小心將線接錯了．閉合開關后，移動滑動變阻器滑片P，發(fā)現電流表示數變大時，電壓表示數卻變小，產生這種現象的原因是電壓表與滑動變阻器并聯了．
（5）還有一組同學沒有使用電壓表，而是利用兩只電流表和一個阻值已知的電阻R₀，其它元件與前組相同，仍然完成了實驗．請在虛線方框內畫出該組同學實驗的電路圖．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，滑動變阻器與燈泡串聯；根據歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值，根據串聯電路電壓特點，求出燈泡正常工作時滑動變阻器兩端的電壓，再根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的電阻，即可選擇合適的滑動變阻器．
（2）燈泡不亮，燈泡斷路或短路；電流表有示數，說明電路不存在斷路；電壓表無示數，電壓表斷路或與它并聯的用電器短路，綜合分析可得出結論．
（3）根據圖象獲得燈泡電壓為2.5V時的電流，根據P=UI求出燈泡的額定功率；滑片左移，滑動變阻器接入電路的長度變短，電阻變小，電路總電阻變小，電路電流增大，燈泡電壓增大，溫度升高，燈絲電阻增大．
（4）該實驗中，電壓表應與燈泡并聯，當電路中電流變大時，燈泡兩端電壓應變大，則滑動變阻器兩端電壓應減小，此時電流表與電壓表示數均變大；如果電壓表與滑動變阻器并聯，則電流表示數增大時，電壓表示數減小，據此分析答題；
（5）根據并聯電路的電壓特點進行設計電路，把定值電阻與燈泡并聯，當定值電阻兩端的電壓為燈泡的額定電壓時燈泡正常工作，用電流表分別測兩支路的電流或測出一條支路的電流和干路電流，根據并聯電路的電流特點得出通過燈泡的電流，根據P=UI即可得出小燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）小燈泡L的額定電壓為2.5V，其電阻約為10Ω，
此時電路中的電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
由串聯電路的電壓特點可得，滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動變阻器接入電路的電阻約為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
所以選用的滑動變阻器是R₂．
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路；電流表有示數，說明電路為通路；電壓表無示數，說明電壓表斷路或與它并聯的用電器短路，綜合分析可知發(fā)生故障的原因是小燈泡短路．
（3）當燈泡電壓為額定電壓2.5V時，由圖象可知此時的電流I=0.2A，
則燈泡額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
由電路圖可知，滑片左移，滑動變阻器接入電路的電阻變小，總電阻變小，電路中的電流增大，燈泡電壓增大，燈絲溫度升高，則小燈泡的電阻將變大．
（4）閉合開關后，移動滑動變阻器滑片P，電流表示數變大，電路中電流變大；由U=IR可知，燈泡兩端的電壓變大；根據串聯電路的電壓特點可知，滑動變阻器兩端的電壓減小，而現在電壓表的示數也減小，所以產生這一現象的原因是電壓表與滑動變阻器并聯了．
（5）把定值電阻與燈泡并聯，定值電阻與其中一個電流表組合成一個電壓表測電壓，另一個電流表直接或間接測出通過燈泡的電流，根據P=UI即可得出小燈泡的額定功率，設計的電路圖如圖所示：

故答案為：（1）R₂；（2）小燈泡短路；（3）0.5；大；（4）電壓表與滑動變阻器并聯了；（5）如上圖所示．

點評 本題考查了滑動變阻器規(guī)格的選擇、電路故障的判斷、燈絲電阻與溫度的關系、電功率的計算和實驗電路圖的設計，涉及的知識點較多，綜合性強；其中設計電路圖是難點，多的這只電流表和定值電阻可組合為一個電壓表使用．