Question

15．小明利用如圖1甲所示的電路圖測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．

（1）閉合開關前，滑動變阻器滑片應調至b（選填“a”或“b”）端．
（2）閉合開關后，發(fā)現小燈泡不亮，但是電路各元件完好且連接無誤，則小燈泡不發(fā)光的原因是電源電壓過低（或變阻器阻值過大）．
（3）閉合開關后，移動滑片P到某一位置時，電壓表示數為2.3V，若要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向a（選填“a”或“b”）端移動，使小燈泡正常發(fā)光，此時（如圖乙）電流表的讀數為0.3A，小燈泡的額定功率是0.75W．
【拓展】：小明利用電壓表和阻值為R₀的定值電阻，也測出了此小燈泡的額定功率．他選擇了滿足實驗要求的實驗器材，并連接了部分實驗電路，如圖2所示．
（1）請只添加兩條導線完成圖所示的實驗電路的連接；
（2）請把小明的實驗步驟補充完整：
①斷開開關S₂，閉合開關S₁、S₃，移動滑動變阻器的滑片P，使燈兩端的電壓達到2.5V；
②保持滑動變阻器的滑片位置不變，斷開開關S₃，閉合開關S₂，記錄電壓表的示數為U；
③請用R₀及實驗數據表示出小燈泡的額定功率：P_額=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）閉合開關前，滑動變阻器滑片應調到最大值處；
（2）根據小燈泡不亮，但是電路各元件完好且連接無誤確定故障的原因；
（3）根據分壓原理確定滑片移動的方向；根據電流表小量程讀數，由P=UI求燈的額定功率；
（4）沒有電流表，已知定值R₀和電壓表起到電流表的作用，那么為了讓燈泡和定值電阻的電流相同，則應采取串聯(lián)的方式，電壓表應先測量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，然后通過開關的轉換，再測出此時燈和定值電阻兩端的總電壓，據此分析完成實驗電路．

解答 解：
（1）為了保護電路，閉合開關前，滑動變阻器滑片應調到最大值b處；
（2）閉合開關后，發(fā)現小燈泡不亮，但是電路各元件完好且連接無誤，只能說明此時電路中電流小，燈的實際功率較小，原因可能是電源電壓低或滑動變阻器的連入電路中的阻值太大等原因；
（3）閉合開關后，移動滑片P到某一位置時，電壓表示數為2.3V，小于額定電壓，要增大電壓表示數，就要減小變阻器分得的電壓，根據串聯(lián)電路的分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻，所以要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向a移動；
由圖乙知，電流表使用0-0.6A量程，電流表的分度值為0.02A，燈泡正常發(fā)光時的電流為0.3A，燈的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
【拓展】：
（1）由分析可知：燈泡和定值電阻串聯(lián)，電壓表應先測量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，即要求通過開關的閉合與斷開，電壓表先測燈泡正常工作時的兩端電壓U_額，保持滑片的位置不變，再測燈泡與定值電阻兩端電壓U，從而求出定值電阻的電壓U-U_額，根據歐姆定律通過定值電阻的電流，即燈正常工作時的電流I=$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$，如圖所示：
；
（2）燈的額定電功率P_額=U_額I=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$
故答案為：（1）b；
（2）電源電壓過低（或變阻器阻值過大）；
（3）a；0.3；0.75；
拓展：（1）見上圖；（2）③$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，考查電路的連接、常見現象的處理、實驗操作過程、電功率的計算及設計實驗方案的能力，有一定難度．