Question

12．在測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中（所用燈泡的額定電壓U₀=2.5V）．
（1）小欣小組采用圖1的方案，閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能小燈泡斷路；排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直到電壓表的示數(shù)為2.5V，觀察到電流表示數(shù)如圖2所示大小為0.3A，則小燈泡的額定功率為0.75W
（2）小姚小組設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．

①電路如圖3所示，請(qǐng)你在圖4中按電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線連接好電路；
②開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁
③開(kāi)關(guān)S拔到位置2，保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂先算出燈泡的電阻R_L=$\frac{R{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請(qǐng)你用R、I₁、I₂表示），再根據(jù)P₀=U₀²/R_L，計(jì)算燈泡的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，原因是燈泡兩端電壓不是額定電壓，電阻不是正常發(fā)光時(shí)的電阻．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：將開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）電流表示數(shù)為零說(shuō)明電路斷路，電壓表有示數(shù)說(shuō)明電壓表和電源連接的部分電路正常；根據(jù)電流表的量程和分度值讀出燈泡的額定電流，然后利用P=UI求出燈泡的實(shí)際功率；
（2）①根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路路徑一條一條支路連接且要注意一一對(duì)應(yīng)；
③根據(jù)開(kāi)關(guān)S拔到位置1和開(kāi)關(guān)S拔到位置2時(shí)，電路中三個(gè)用元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，由③得燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻；
注意燈泡的額定功率只有燈泡在額定電壓下發(fā)光時(shí)的功率為額定功率；還要考慮燈絲的電阻隨溫度的改變而改變．

解答 解：（1）電流表的示數(shù)為零說(shuō)明電路中有斷路，再根據(jù)電壓表的示數(shù)判斷出電路故障．電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的兩個(gè)接線柱和電源連接的部分沒(méi)有斷路，因此故障是小燈泡處發(fā)生斷路了．電壓表示數(shù)為6V等于電源電壓．
排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直到電壓表的示數(shù)為2.5V，觀察到電流表示數(shù)如圖2所示大小為0.3A，則小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（2）①根據(jù)電路圖將燈泡與開(kāi)關(guān)與閘刀相連的接線柱進(jìn)行連接，將接線柱1與電流表負(fù)接線柱或電源負(fù)極相連．如圖所示：

③由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，而開(kāi)關(guān)S由位置1拔到位置2時(shí)，電路中三個(gè)元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，所以此時(shí)燈泡兩端電壓仍然為U；
又因?yàn)長(zhǎng)與Rj并聯(lián)，所以由③得燈泡電流I=I₂-I₁；
則燈泡電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
由于電流的熱效應(yīng)，當(dāng)燈泡發(fā)光時(shí)，燈絲的電阻會(huì)隨溫度升高而變大；當(dāng)燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時(shí)，求出的電阻就不等于其正常發(fā)光時(shí)電阻，從而求出的功率就不是額定功率；所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．
故答案為：（1）小燈泡斷路，0.75；（2）$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；燈泡兩端電壓不是額定電壓，電阻不是正常發(fā)光時(shí)的電阻；將開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)額定功率的理解，利用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求額定電功率時(shí)，必須要注意燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，因此燈泡只有正常發(fā)光時(shí)的功率為額定功率，即R必須時(shí)正常發(fā)光時(shí)的電阻．