Question

12．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，選用電路如圖甲所示，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V （燈絲電阻約為12Ω）．

（1）連接電路時，開關應斷開．
（2）為了能夠順利完成實驗探究，下列兩種規(guī)格的滑動變阻器應選用B（填序號）．
      A．“l(fā)0Ω     0.5A”的滑動變阻器      B．“50Ω    0.5A”的滑動變阻器
（3）閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障原因是燈泡短路（只發(fā)生在燈泡和滑動變阻器之間）．
（4）排除故障后，閉合開關，移動滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2V，為了測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向B（選填“A”或“B”）端 移動．
（5）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系圖象（如圖丙 所示）．分析圖象可知：
①小燈泡的額定功率為0.5W；
②實驗中觀察到：當小燈泡兩端的電壓低于0.5V時，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡的實際功率太小了．
（6）完成上述實驗后，小華在缺少電壓表的情況下，根據(jù)繪制出的小燈泡電流與電壓關系圖象，設計出了一個測未知定值電阻的電路，如 圖 丁所示．請根據(jù)電路圖寫出其中一次測量的實驗步驟：
①斷開S₂、閉合S₁，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A；
②斷開S₁、閉合S₂，保持滑動變阻器的滑片位置不變，讀出此時電流表的示數(shù)I．
則未知定值電阻的表達式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.2A}$．

Answer 1

分析 （1）為了保護電路，連接電路時，開關要斷開；
（2）知道燈泡的額定電壓和正常發(fā)光時的電阻，利用歐姆定律求正常發(fā)光時的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求滑動變阻器連入電阻，選擇合適的滑動變阻器；
（3）根據(jù)電流表、電壓表有無示數(shù)，判斷故障所在；
（4）先確認電壓表的量程、分度值，根據(jù)指針位置讀數(shù)；為了測量小燈泡的額定功率，應使燈兩端的電壓為2.5V，應將滑動變阻器連入的電阻變小、分壓變小；
（5）①根據(jù)圖象得出燈泡兩端電壓為額定電壓時通過的電流，利用P=UI求額定功率；
②燈泡的亮度取決于燈的實際功率決定；
（6）根據(jù)計算電阻的公式R=$\frac{U}{I}$，要分別找出電阻兩端電壓，和通過電阻的電流，結合電路圖確定實驗步驟．

解答 解：
（1）為了保護電路，連接電路時，開關應斷開；
（2）燈泡的額定電壓U_L=2.5V、電阻R_燈=12Ω，由I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$=0.2A，
由串聯(lián)分壓得：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動變阻器連入電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω，所以應選擇最大阻值為50Ω的滑動變阻器，選B；
（3）電流表有示數(shù)，說明是通路；電壓表無示數(shù)，故障只發(fā)生在燈泡和滑動變阻器之間，故障為燈泡短路．
（4）電壓表量程0-3V，分度值0.1V，電壓表示數(shù)為2.2V．
為了測量小燈泡的額定功率，應使燈兩端的電壓為2.5V，即電壓表的示數(shù)為2.5V；應將滑動變阻器的滑片向B端移動，使連入的電阻變小、分壓變�。�
（5）①根據(jù)圖象燈泡兩端電壓為額定電壓U=2.5V時，I=0.2A，P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
②根據(jù)燈泡的亮度由實際功率決定，當燈泡兩端電壓小于0.5V時，燈泡實際功率非常小，不能看到燈泡發(fā)光．
（6））①斷開S₂、閉合S₁，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A；
②斷開S₁、閉合S₂，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I；
根據(jù)圖象丙，當通過燈泡電流為0.2A時，燈泡兩端電壓U=2.5V，由并聯(lián)電壓規(guī)律U_x=U_L=2.5V，當開關S₁斷開，S₂閉合時，電流表測總電流，由并聯(lián)電流規(guī)律I_x=I-0.2A，
R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．
故答案為：
（1）斷開；（2）B；（3）燈泡短路；（4）2.2；B；（5）①0.5；②小燈泡的實際功率太小了；
（6）①斷開S₂、閉合S₁，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A；
②斷開S₁、閉合S₂，保持滑動變阻器的滑片位置不變，讀出此時電流表的示數(shù)I；$\frac{2.5V}{I-0.2A}$．

點評 本題為測定小燈泡電功率的實驗，考查了滑動變阻器的選擇、電路基本操作、故障分析、電壓表讀數(shù)、電功率計算，是電功率中非常綜合的一道題，難度比較大！