Question

15．小明利用如圖1甲所示的電路圖測(cè)量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．

（1）閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)調(diào)至b（選填“a”或“b”）端．
（2）閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但是電路各元件完好且連接無(wú)誤，則小燈泡不發(fā)光的原因是電源電壓過(guò)低（或變阻器阻值過(guò)大）．
（3）閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑片P到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)為2.3V，若要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向a（選填“a”或“b”）端移動(dòng)，使小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)（如圖乙）電流表的讀數(shù)為0.3A，小燈泡的額定功率是0.75W．
【拓展】：小明利用電壓表和阻值為R₀的定值電阻，也測(cè)出了此小燈泡的額定功率．他選擇了滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)器材，并連接了部分實(shí)驗(yàn)電路，如圖2所示．
（1）請(qǐng)只添加兩條導(dǎo)線(xiàn)完成圖所示的實(shí)驗(yàn)電路的連接；
（2）請(qǐng)把小明的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：
①斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂，閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使燈兩端的電壓達(dá)到2.5V；
②保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₃，閉合開(kāi)關(guān)S₂，記錄電壓表的示數(shù)為U；
③請(qǐng)用R₀及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示出小燈泡的額定功率：P_額=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)調(diào)到最大值處；
（2）根據(jù)小燈泡不亮，但是電路各元件完好且連接無(wú)誤確定故障的原因；
（3）根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，由P=UI求燈的額定功率；
（4）沒(méi)有電流表，已知定值R₀和電壓表起到電流表的作用，那么為了讓燈泡和定值電阻的電流相同，則應(yīng)采取串聯(lián)的方式，電壓表應(yīng)先測(cè)量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實(shí)際電壓為額定電壓值，然后通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，再測(cè)出此時(shí)燈和定值電阻兩端的總電壓，據(jù)此分析完成實(shí)驗(yàn)電路．

解答 解：
（1）為了保護(hù)電路，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)調(diào)到最大值b處；
（2）閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但是電路各元件完好且連接無(wú)誤，只能說(shuō)明此時(shí)電路中電流小，燈的實(shí)際功率較小，原因可能是電源電壓低或滑動(dòng)變阻器的連入電路中的阻值太大等原因；
（3）閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑片P到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)為2.3V，小于額定電壓，要增大電壓表示數(shù)，就要減小變阻器分得的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻，所以要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向a移動(dòng)；
由圖乙知，電流表使用0-0.6A量程，電流表的分度值為0.02A，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為0.3A，燈的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
【拓展】：
（1）由分析可知：燈泡和定值電阻串聯(lián)，電壓表應(yīng)先測(cè)量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實(shí)際電壓為額定電壓值，即要求通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)，電壓表先測(cè)燈泡正常工作時(shí)的兩端電壓U_額，保持滑片的位置不變，再測(cè)燈泡與定值電阻兩端電壓U，從而求出定值電阻的電壓U-U_額，根據(jù)歐姆定律通過(guò)定值電阻的電流，即燈正常工作時(shí)的電流I=$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$，如圖所示：
；
（2）燈的額定電功率P_額=U_額I=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$
故答案為：（1）b；
（2）電源電壓過(guò)低（或變阻器阻值過(guò)大）；
（3）a；0.3；0.75；
拓展：（1）見(jiàn)上圖；（2）③$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，考查電路的連接、常見(jiàn)現(xiàn)象的處理、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、電功率的計(jì)算及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，有一定難度．