Question

4．某校兩個實驗小組在測定小燈泡電功率的實驗中，被測小燈泡的額定電壓為2.5V．實驗桌上提供有如下器材：電源（電壓6V且恒定不變）、電流表、電壓表、開關、滑動變阻器（50Ω 1A）各一只，導線若干．

（1）曉麗同學所在實驗小組按照如圖甲所示的電路進行實驗．
①用筆畫線代替導線，將如圖甲所示的實物電路連接完整．
②連接電路時，開關應該斷開．
③閉合開關，移動變阻器的滑片P的過程中，觀察到電流表示數(shù)幾乎接近最大值時，小燈泡仍然不亮，且電壓表無示數(shù)，其原因可能是小燈泡短路．
④排除故障后，閉合開關，移動滑片P至電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為1.1 V．要使小燈泡正常發(fā)光，滑片P應向左（選填“左”或“右”）端移動．
⑤多次改變滑片P的位置，獲得多組對應的電壓、電流值，并繪制出如圖丙所示的圖象．由圖象，小燈泡的額度功率是0.5 W．
（2）實驗時某小組學生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實驗．于是向老師要了一個阻值為R₀的定值電阻（阻值適當）和一個單刀雙擲開關（符號為：），借助原有的實驗器材，順利完成了實驗．假如由你來做該實驗，要求電路只連接一次，請設計實驗方案．
①畫出實驗電路圖．
②簡述實驗步驟：
（用相應的字母表示測出的物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達式P_額=$\frac{2.5×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）①電壓表應與小燈泡并聯(lián)；
②為保護電路，連接電路時，開關應斷開；
③電流表有示數(shù)說明電路為通路，電壓表無示數(shù)示數(shù)說明電壓表被短路；
④認清電壓表的量程、分度值后讀數(shù)；測燈泡的額定功率應使小燈泡兩端電壓為額定電壓；
⑤由圖丙讀出小燈泡兩端電壓為額定電壓時的電流值，利用公式P=UI，計算額定功率；
（2）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）①由圖可知，小燈泡未連入電路，電壓表要與小燈泡并聯(lián)；

②為保護電路，連接電路時，開關應斷開；
③電流表有示數(shù)說明電路為通路，電壓表無示數(shù)示數(shù)說明電壓表被短路，即小燈泡短路；
④由圖乙可知電壓表的量程為0～3V，示數(shù)為I=1.1V，為測燈泡的額定功率應使小燈泡兩端電壓為額定電壓，即要增大小燈泡兩端電壓，應使滑動變阻器的滑片向左移動；
⑤由圖丙可知，小燈泡兩端電壓為2.5V是，燈泡中的電流I=0.2A；小燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）①實驗需要測出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率，實驗電路圖如圖所示：

②實驗步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5A．
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{2.5×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$；
故答案為：（1）①如上圖所示；②斷開；③小燈泡短路；④1.1V；左；⑤0.5W．
（2）①見解答圖；
②簡述實驗步驟：a．按圖連接電路，閉合S₁，S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5V．
b．保持滑動變阻器滑片的位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)為U．
③$\frac{2.5×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了設計電路圖，在判斷故障時，會根據(jù)電壓表的示數(shù)的變化判斷：若電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源能相通，電壓表兩接線柱之間有開路；若電壓表無示數(shù)，說明電壓表被短路或與電源不能相通．