Question

1．如圖甲是王銳用電壓表和電流表測額定電壓為2.5V燈泡的額定功率的電路．
 （1）請補全電路，將電壓表連入甲圖電路圖中測量小燈泡電壓．
（2）為了測額定功率，閉合開關，緩慢移動滑片，直至電壓表示數(shù)為2.5V時停止移動滑片．此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則燈泡的額定功率是0.5W，若此時將小燈泡換成“2.5V 0.6W”的另一小燈泡，那么該小燈泡的實際功率小于0.6W（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若沒有電流表，王銳想利用一個電壓表和一個電阻箱測量小燈泡的額定功率，電路圖如方案一．選擇了滿足實驗要求的實驗器材，并按照方案一所示的電路圖連接好實物．以下是設計的實驗方案，請將它補充完整：
①只閉合S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持滑片不動，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，當電壓表示數(shù)為2.5V時，讀出電阻箱的阻值R₀；
③利用上述測量出的物理量及已知量，寫出小燈泡額定功率的表達式是：P=$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（4）若利用方案2所示的電路測出了燈泡L的額定功率，圖中R為阻值已知的定值電阻，還缺兩個開關和一只電表（電流表或電壓表），請在上圖方案2虛線框內(nèi)補上這三個元件的符號，使電路完整．實驗操作簡單．

Answer 1

分析 （1）通過燈泡額定電壓，確定燈泡量程，并聯(lián)在燈泡兩端．
（2）測額定功率，移動滑動變阻器使電壓表示數(shù)為額定電壓，讀出電流表示數(shù)，由P=UI計算電功率．更換小燈泡后，計算出更換前后燈泡電阻，根據(jù)串聯(lián)分壓，確定小燈泡兩端實際電壓，判斷實際功率．
（3）根據(jù)電路中沒有電流表，不能直接測量小燈泡電功率，根據(jù)實驗方案部分文字同時結合電功率計算公式，確定由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計算電功率，確定實驗方案．
（4）通過R為阻值已知的定值電阻，結合電路結構確定使用電壓表、兩個開關，從而確定開關和電壓表位置．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表選擇0～3V的量程，同時并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示．

（2）測燈泡的額定功率，移動滑片P使電壓表示數(shù)為額定電壓2.5V，讀出電流表示數(shù)I=0.2A，
燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W，原來燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.2A}=12.5Ω$，
更換后燈泡的電阻R′=$\frac{{U}^{2}}{P}=\frac{（2.5V）^{2}}{0.6W}≈10.42Ω$，
根據(jù)串聯(lián)分壓，更換后的燈泡電阻較小，則“2.5V 0.6W”燈泡分得的實際電壓較�。ㄐ∮�2.5V），其實際功率較小，小于0.6W．
（3）根據(jù)電路圖和方案中的提示文字可知，這是利用P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$來測量小燈泡額定功率，
具體的步驟為：
①只閉合S₁，移動滑動變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②保持滑片不動，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表示數(shù)為2.5V，
根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知，當電壓表示數(shù)均為2.5V時，電阻箱的電阻等于燈泡正常發(fā)光時的電阻，
小燈泡額定功率的表達式P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}=\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（4）R為阻值已知的定值電阻，結合電路結構確定使用電壓表、兩個開關來測量小燈泡額定功率，如下圖所示．
實驗步驟：①閉合S、S₂，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
②斷開S₂，閉合S₁，讀出電壓表示數(shù)U．
③由串聯(lián)分壓規(guī)律可知，U_R=U-U_燈=U-2.5V；通過R的電流：I_R=$\frac{{U}_{R}}{R}$，
所以，燈泡的額定功率：P=U_燈I_燈=$\frac{2.5V×{U}_{R}}{R}$．

故答案為：（1）如圖所示；
（2）電壓表示數(shù)為2.5V；0.5；小于；
（3）①只閉合S₁，移動滑動變阻器滑片；
    ②保持滑片不動，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱；
    ③$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$；
（4）如上圖所示．

點評 本題考查了測量電功率實驗中的電路連接、電功率的計算、電路設計，這個題難度比較大，需要學生對電路設計非常熟悉．