Question

1．如圖甲是王銳用電壓表和電流表測(cè)額定電壓為2.5V燈泡的額定功率的電路．
 （1）請(qǐng)補(bǔ)全電路，將電壓表連入甲圖電路圖中測(cè)量小燈泡電壓．
（2）為了測(cè)額定功率，閉合開關(guān)，緩慢移動(dòng)滑片，直至電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)停止移動(dòng)滑片．此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，則燈泡的額定功率是0.5W，若此時(shí)將小燈泡換成“2.5V 0.6W”的另一小燈泡，那么該小燈泡的實(shí)際功率小于0.6W（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若沒有電流表，王銳想利用一個(gè)電壓表和一個(gè)電阻箱測(cè)量小燈泡的額定功率，電路圖如方案一．選擇了滿足實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)器材，并按照方案一所示的電路圖連接好實(shí)物．以下是設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)將它補(bǔ)充完整：
①只閉合S₁，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持滑片不動(dòng)，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)，讀出電阻箱的阻值R₀；
③利用上述測(cè)量出的物理量及已知量，寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式是：P=$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（4）若利用方案2所示的電路測(cè)出了燈泡L的額定功率，圖中R為阻值已知的定值電阻，還缺兩個(gè)開關(guān)和一只電表（電流表或電壓表），請(qǐng)?jiān)谏蠄D方案2虛線框內(nèi)補(bǔ)上這三個(gè)元件的符號(hào)，使電路完整．實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單．

Answer 1

分析 （1）通過燈泡額定電壓，確定燈泡量程，并聯(lián)在燈泡兩端．
（2）測(cè)額定功率，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)為額定電壓，讀出電流表示數(shù)，由P=UI計(jì)算電功率．更換小燈泡后，計(jì)算出更換前后燈泡電阻，根據(jù)串聯(lián)分壓，確定小燈泡兩端實(shí)際電壓，判斷實(shí)際功率．
（3）根據(jù)電路中沒有電流表，不能直接測(cè)量小燈泡電功率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案部分文字同時(shí)結(jié)合電功率計(jì)算公式，確定由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算電功率，確定實(shí)驗(yàn)方案．
（4）通過R為阻值已知的定值電阻，結(jié)合電路結(jié)構(gòu)確定使用電壓表、兩個(gè)開關(guān)，從而確定開關(guān)和電壓表位置．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表選擇0～3V的量程，同時(shí)并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示．

（2）測(cè)燈泡的額定功率，移動(dòng)滑片P使電壓表示數(shù)為額定電壓2.5V，讀出電流表示數(shù)I=0.2A，
燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W，原來燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.2A}=12.5Ω$，
更換后燈泡的電阻R′=$\frac{{U}^{2}}{P}=\frac{（2.5V）^{2}}{0.6W}≈10.42Ω$，
根據(jù)串聯(lián)分壓，更換后的燈泡電阻較小，則“2.5V 0.6W”燈泡分得的實(shí)際電壓較�。ㄐ∮�2.5V），其實(shí)際功率較小，小于0.6W．
（3）根據(jù)電路圖和方案中的提示文字可知，這是利用P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$來測(cè)量小燈泡額定功率，
具體的步驟為：
①只閉合S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持滑片不動(dòng)，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表示數(shù)為2.5V，
根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知，當(dāng)電壓表示數(shù)均為2.5V時(shí)，電阻箱的電阻等于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，
小燈泡額定功率的表達(dá)式P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}=\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（4）R為阻值已知的定值電阻，結(jié)合電路結(jié)構(gòu)確定使用電壓表、兩個(gè)開關(guān)來測(cè)量小燈泡額定功率，如下圖所示．
實(shí)驗(yàn)步驟：①閉合S、S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②斷開S₂，閉合S₁，讀出電壓表示數(shù)U．
③由串聯(lián)分壓規(guī)律可知，U_R=U-U_燈=U-2.5V；通過R的電流：I_R=$\frac{{U}_{R}}{R}$，
所以，燈泡的額定功率：P=U_燈I_燈=$\frac{2.5V×{U}_{R}}{R}$．

故答案為：（1）如圖所示；
（2）電壓表示數(shù)為2.5V；0.5；小于；
（3）①只閉合S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片；
    ②保持滑片不動(dòng)，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱；
    ③$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$；
（4）如上圖所示．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)量電功率實(shí)驗(yàn)中的電路連接、電功率的計(jì)算、電路設(shè)計(jì)，這個(gè)題難度比較大，需要學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)非常熟悉．