Question

3．在測量小燈泡的額定功率實驗中，小燈泡上標有“2.5V”的字樣，額定功率約0.6W，電源電壓恒為6V．有兩個規(guī)格不同的滑動變阻器：分別是：“10Ω  1A”、“50Ω  0.5A”．

（1）為了順利完成實驗，應選用規(guī)格為50Ω 0.5A的滑動變阻器．
（2）圖甲是小華連接的實物圖，閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，經檢查是由于一根導線連接錯誤，請你在圖甲中連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．
（3）改正連接錯誤后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)接近6V，則電路中發(fā)生的故障可能是燈泡斷路．
（4）排除故障后，閉合開關并調節(jié)滑動變阻器的滑片，當燈正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，該電流值為0.3A，小燈泡的額定功率為0.75W．
（5）實驗中電壓表發(fā)生損壞，小華用如圖丙所示的電路，同樣可以測量小燈泡的額定功率．其中R₀是定值電阻，燈泡的額定電壓用U_額L表示．請在空格內把實驗步驟補充完整．
①閉合開關S₁，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$；
②斷開開關，閉合開關S₂，讀出電流表的示數(shù)為I；
③請用測量值I，已知量R₀，燈泡額定電壓U_額L來表示P_額=U_額L（I-$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$）．．

Answer 1

分析 （1）求出燈的定電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律和歐姆定律求出滑動變阻器的電阻；
（2）根據(jù)測量小燈泡的電阻的電路圖，從電源正極、開關、電流表、滑動變阻器、燈泡、電源負極，電壓表并聯(lián)的燈泡兩端，由此可以判斷燈泡和電流表負接線柱的導線連接錯誤，而是燈泡右端的導線和電源負極連接．電壓表的電阻很大，在電路中相當于斷路，如圖，電壓表串聯(lián)在電路中，電路相當于斷路，燈泡不亮．
（3）電流表示數(shù)幾乎為零，說明電路斷路，電壓表示數(shù)接近電源電壓說明和電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生了斷路．
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀數(shù)；根據(jù)公式P=UI求出功率；
（5）燈泡和定值電阻并聯(lián)在一起，電壓相同，根據(jù)燈泡的額定電壓和定值電阻的阻值可以求出通過定值電阻的電流；再通過開關的斷開和閉合求出總電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律可以求出通過燈泡的電流，從而求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）由P=UI可知：燈泡正常發(fā)光是的電流為：
I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.6W}{2.5V}$=0.24A，
此時滑動變阻器兩端的電壓為：U'=U-U_L=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$得，滑動變阻器的電阻為：R'=$\frac{U'}{I}$=$\frac{3.5V}{0.24A}$=14.6Ω，故選用規(guī)格為50Ω 0.5A的滑動變阻器；
（2）由原實物圖知，電壓表與燈泡串聯(lián)在電路中，由于電壓表阻值太大，所以通過燈泡電流非常小，因此燈泡不亮；
測量燈泡電阻的電路圖如下圖，從電源正極-開關-電流表-滑動變阻器-燈泡-電源負極，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，所以燈泡和電流表之間導線連接錯誤．
正確實物圖的連接如下圖所示：
；
（3）電流表示數(shù)接近零，說明電路斷路，而電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明和電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生了斷路．
（4）根據(jù)電流表指針位置和所接量程可知I=0.3A，則P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）①閉合開關S₁，燈泡與定值電阻并聯(lián)，其兩端的電壓相等，調節(jié)滑動變阻器的滑片，當電流表的示數(shù)為$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$時，燈泡正常發(fā)光；
②斷開開關，閉合開關S₂，此時電流表測量的是干路中的電流，讀出電流表的示數(shù)為I；
③通過燈泡的電流為：I_L=I-$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$；燈泡額定電壓U_額L，則燈泡的額定功率為P_額=U_額LI_L=U_額L（I-$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）50Ω 0.5A；（2）如圖；（3）燈泡斷路；（4）0.3；0.75；（5）①$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$；②S₂；③U_額L（I-$\frac{{U}_{額L}}{{R}_{0}}$）．

點評 本題考查了實物圖的連接和電流表的讀數(shù)、歐姆定律的應用、串聯(lián)電路的特點等，關鍵是知道有電流表、無電壓表時可根據(jù)串聯(lián)電路的電流、電壓特點進行設計實驗．