Question

11．小強(qiáng)在進(jìn)行“測定小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)，已知電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V，他已連接了部分電路，如圖丁所示，請你接著完成下列步驟：
（1）用筆畫線代替導(dǎo)線，將下圖的電路連接完整．
（2）連接電路時(shí)，開關(guān)S應(yīng)當(dāng)處于斷開狀態(tài)，閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于右端（選填“左端”或“右端”）．
（3）連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表的示數(shù)為0，則出現(xiàn)故障的原因可能是小燈泡短路．
（4）故障排除后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P到某一位置，電壓表的示數(shù)如圖甲所示，為了測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向左端移動．
（5）當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為0.2A，小燈泡的額定功率是0.5W．

（4）小明的電流表損壞了，老師告訴他已經(jīng)沒有電流表可換，而給了他一個已知阻值為R的定值電阻和若干個開關(guān)，小明重新設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，在不改變該電路連接的情況下，也能正確測出2.5V的小燈泡的額定功率．正確連接電路后，接下來的實(shí)驗(yàn)步驟是：
①只閉合S、S₁，移動滑片使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持滑片位置不動，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，記下電壓表的時(shí)數(shù)為U₂；
③得出小燈泡的額定功率的表達(dá)式為$\frac{{2.5V（{U_2}-2.5V）}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）測燈泡的功率需要測量燈泡的電壓和電流．電壓表與燈泡并聯(lián)測電壓，電流表與燈泡串聯(lián)測電流．滑動變阻器串聯(lián)在電路中起保護(hù)作用．開關(guān)串聯(lián)在電路中控制電路．
（2）閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)該處于最大阻值處；
（3）電流表有示數(shù)，說明電路為通路，然后根據(jù)燈泡不亮和電壓表示數(shù)為零以及斷路和短路的特點(diǎn)判斷電路故障；
（4）燈泡電壓等于額定電壓時(shí)正常發(fā)光，要使燈泡兩端的電壓增大，應(yīng)減小變阻器的阻值，由此確定P的移動方向；
（5）當(dāng)燈泡兩端的電壓等于額定電壓時(shí)，將正常發(fā)光，讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI計(jì)算出額定功率．
（6）要測量小燈泡的額定功率，需測量出小燈泡的電壓和電流，由圖知，根據(jù)定值電阻兩端的電壓和電阻能計(jì)算出電路中的電流，通過開關(guān)的變化測出燈泡兩端的電壓，得出小燈泡的電功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）據(jù)題意可知，電壓表應(yīng)該并聯(lián)在燈泡兩端，且小燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表應(yīng)該選擇小量程，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)該處于最大阻值處，所以滑片應(yīng)該調(diào)到最右端；
（3）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表示數(shù)為零，說明和電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生短路；
（4）小燈泡的額定電壓為2.5V，由圖乙電壓表分度值0.1V，示數(shù)為1.7V，低于額定電壓，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)減小變阻器的阻值，將滑片向左端滑動，直到電壓表的示數(shù)為2.5V；
（5）由圖丙，電流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，燈泡正常發(fā)光時(shí)電流表示數(shù)為0.2A，
所以燈泡的額定功率為：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
（6）連好電路后，可先閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，此時(shí)電壓表測量燈泡兩端的電壓，移動滑片至某一位置，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
保持滑片位置不動，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，此時(shí)電壓表測量燈泡和電阻兩端的總電壓，記下電壓表的示數(shù)U₂；則定值電阻兩端的電壓U=U₁-U₂；所以I=$\frac{U}{R}$=$\frac{{U}_{2}-2.5V}{R}$；
所以P=2.5V×I=2.5V$\frac{{U}_{2}-2.5V}{R}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）右端； （3）小燈泡短路；   （4）左；（5）0.2；  0.5；（6）①只閉合S、S₁，移動滑片使電壓表示數(shù)為2.5V；③$\frac{{2.5V（{U_2}-2.5V）}}{R}$；

點(diǎn)評 本題考查了“測定小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)，涉及到了實(shí)物電路圖的連接、滑動變阻器的使用、電路故障的分析和電功率公式的應(yīng)用等，綜合性強(qiáng)；要注意一般根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．