Question

4．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，已知被測燈泡的額定電壓為2.5V，實驗臺上給小明提供的器材有：6V蓄電池、電流表（0-0.6A、0-3A）、電壓表（0-3V、0-15V）、“50Ω、1A”和“10Ω、1.5A”兩種規(guī)格的滑動變阻器，額定電壓為2.5V的小燈泡（正常發(fā)光時的電阻約為10Ω）、開關各一個，導線若干．

（1）為順利完成實驗，小明在實驗中應選用規(guī)格為50Ω、1A的滑動變阻器．
（2）如圖1所連的實物圖有一條導線連錯，請在錯誤導線上畫“×”，同時補畫出正確的連線．
（3）電路改正后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，原因可能是小燈泡短路．
（4）排除故障后，小明閉合開關，調節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置，電壓表的示數(shù)如圖2所示，此時電壓表的示數(shù)為2.4V，繼續(xù)調節(jié)滑片使小燈泡正常發(fā)光后，電流表的示數(shù)如圖2所示，則小燈泡的額定電功率為1.2W．
（5）在這次實驗中，小明還嘗試了在無電流表的情況下，測量小燈泡的額定電功率，老師給他補充了一個已知電阻R₀和一個單刀雙擲開關，請你幫助他把實驗步驟補充完整（圖3為小明的實驗電路圖）
簡要實驗步驟：
A、閉合S₁，S₂接2，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
B、將開關S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
小燈泡額定功率表達式：P_額=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器要分去6V-2.5V=3.5V，由分壓原理可求出變阻器的最小電阻，由此確定變阻器的規(guī)格；
（2）電壓表并聯(lián)在變阻器與燈兩端了；
（3）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外電路存在斷路；電壓表無示數(shù)，可能是燈泡短路，或電壓表并聯(lián)電路之外存在斷路，或者是電壓表斷路；電流表有示數(shù)，說明電路不存在斷路；綜合分析可知，電路故障是燈泡短路；
（4）確定電壓表、電流表的分度值讀數(shù)，根據(jù)P=UI求額定功率；
（5）當燈泡兩端電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，因此先讓電壓表測量燈泡兩端電壓，使燈泡正常發(fā)光，然后測量出燈泡和定值電阻兩端的電壓，再結合串聯(lián)電路的特點和歐姆定律求出電路中的電流，最后根據(jù)P_額=U_額I表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）已知被測燈泡的額定電壓為2.5V，滑動變阻器要分去6V-2.5V=3.5V，由分壓原理$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，變阻器的最小電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5}{2.5}$×10Ω=14Ω，
選“50Ω、1A”規(guī)格的滑動變阻器；
（2）連接電流表右接線柱與電壓表左接線柱的導線錯誤，電壓表應并聯(lián)在燈的兩端，同時電壓表應選用小量程，如圖所示；
（3）電流表有示數(shù)說明電路是通路；小燈泡不亮、電壓表無示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的小燈泡被短路，電壓表測導線的電壓，所以，原因是小燈泡短路；
（4）電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù) 為0.5A，因此時時小燈泡正常發(fā)光，則小燈泡的額定電功率P_額=U_額I=2.4V×0.5A=1.2W；
（5）①閉合開關S_l，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②再將開關S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U，因電路的連接沒有改變，各電阻的電壓保持不變，所以，此時燈泡仍正常發(fā)光，由于串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，定值電阻R₀兩端的電壓為U-2.5V，由歐姆定律可得，此時通過燈泡的電流等于通過定值電阻的電流I=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，小燈泡的額定電功率為P_額=U_額I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）50Ω　1A；
（2）如上圖所示；　
（3）小燈泡短路；
（4）2.4；1.2；
（5）將開關S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

點評 本題測小燈泡的額定功率，重點考查器材的選用、常見故障的分析、判斷．最后一問，在沒有電流表的情況下測額定功率，要求學生設計實驗方案，對能力要求較高．