Question

19．一只小燈泡的額定電壓為2.0V，正常發(fā)光時的電阻約為8Ω．小明想測量這個小燈泡的額定功率，實驗室中有如下器材：一個電壓表、一個電流表、一個開關(guān)，電壓為6V的電源，滑動變阻器有A規(guī)格：“10Ω 2A”、B規(guī)格：“30Ω 1A”可選．導(dǎo)線若干．

（1）本實驗應(yīng)該選擇B（選填“A”或“B”）規(guī)格的滑動變阻器．
（2）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示電路連接完整（要求滑片向左滑動時變阻器阻值變�。�．
（3）小明在連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，發(fā)現(xiàn)電壓表指針立刻偏到最大刻度處，小燈泡卻不亮，且電流表也沒有示數(shù)，上述現(xiàn)象反映他在操作中存在的不規(guī)范之處是連接電路時沒有斷開開關(guān)，出現(xiàn)上述故障的原因可能是燈泡斷路．
（4）排除故障后，小明發(fā)現(xiàn)他很幸運，電壓表并沒有因此而損壞．小明便開始進(jìn)行測量，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置直到電壓表讀數(shù)為2.0V，小燈泡正常發(fā)光，此時電流表示數(shù)如圖乙所示，則該小燈泡的額定功率為0.52W．
（5）完成上述實驗后，小明進(jìn)行了反思，如果剛才電壓表被損壞了，能不能換成其他的實驗器材來完成實驗?zāi)�，�?jīng)過思考，他用了一個已知阻值為R₀的電阻和一個單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設(shè)計了如圖丙所示的電路，也測出了燈泡的額定功率，請完成下列實驗步驟：
①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點“1”，移動滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再保持滑片的位置不動，將開關(guān)S₂撥到觸點“2”，讀出電流表的示數(shù)I；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律和串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動變阻器．
（2）根據(jù)題目要求與實驗原理連接實物電路圖．
（3）連接電路時，為保護(hù)電路開關(guān)要斷開變阻器連入電路中電阻最大．
（4）由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，然后又P=UI 求出燈泡額定功率．
（5）在沒有電壓表的情況下，測燈的額定功率，電流表和定值電阻應(yīng)起到電壓表測量的作用，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，先使燈正常發(fā)光；再通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測干路電流，因電路的連接關(guān)系沒有改變，各電阻的電壓不為，燈仍正常發(fā)光，通過定值電阻的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過燈的電流，根據(jù)P_額=U_額I_額寫出燈泡額定功率的表達(dá)式．

解答 解：
（1）燈泡正常發(fā)光時的電流約為：I=$\frac{U}{R}=\frac{2V}{8Ω}$=0.25A，
燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{U{-U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2V}{0.25A}$=16Ω，則滑動變阻器應(yīng)選B．
（2）滑片向左滑動時變阻器阻值變小，滑片接左下接線柱，把滑動變阻器與電流表小量程串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，實物電路圖如圖所示：

（3）連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，電壓表指針立刻偏到最大刻度處，說明連接電路時沒有斷開開關(guān)；小燈泡不亮，電流表沒有示數(shù)，說明電路存在斷路，電壓表指針指到最大刻度處，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路．
（4）由圖示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.26A，
燈泡額定功率：P=UI=2V×0.26A=0.52W．
（5）①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點“1”，此時電流表測定值電阻電流，要使燈泡正常發(fā)光，燈泡兩端電壓應(yīng)為額定電壓2V，此時定值電阻兩端電壓也是2V，所以要移動滑片，使電流表的示數(shù)為：I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}=\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再保持滑片的位置不動，將開關(guān)S₂撥到觸點“2”，讀出電流表的示數(shù)I；
③在②中，因電路的連接關(guān)系沒有改變，各電阻的電壓不為，燈仍正常發(fā)光，通過定值電阻的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過燈的電流：I_L=I-I₀=I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$．
燈泡額定功率的表達(dá)式為：P_額=U_額I_額=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）B；（2）如圖所示；（3）連接電路時，沒有斷開開關(guān)；燈泡斷路；（4）0.52；（5）①$\frac{2V}{{R}_{0}}$；②保持滑片的位置不動，將開關(guān)S₂撥到觸點“2”；③2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．

點評 本題考查了實驗器材的選擇、連接實物電路圖、注意事項、電路故障分析、電表讀數(shù)、求功率及設(shè)計實驗方案的能力，有難度．