Question

12．小科和同學們在“探究電流與電阻關系”的實驗中，所用的器材有：三節新干電池，“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω”的電阻各一個，滑動變阻器一個，電流衣使用0～0.6A的量程，電壓表使用0～3V的量程，開關和導線若干．請你和他一起完成下列實驗：

（1）小科選用器材時發現電流表指針如圖甲所示，他應該校零；
（2）小科在實驗過程中，控制定值電阻兩端的電壓為2V不變，當小科用20Ω的定值電阻替換了15Ω的定值電阻后，繼續進行實驗，無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，電壓表的示數都無法降低到2V，原因是滑動變阻器的最大阻值太小．
（3）小科在實驗時，用額定電壓為“2.5V”的小燈泡L₁替換定值電阻，想測量L₁的額定功率，可是不慎電壓表掉在地上摔壞了，老師又給他提供了一個標有“2.5V　　1.25W”的小燈泡L₂和兩個開關S₁、S₂，讓他設計測量方案，他靈機一動，設計了如圖丙所示的電路圖，同樣完成了實驗，請你將下列實驗過程補充完整；
①開關S、S₂閉合，斷開S₁，調節滑動變阻器的滑片，使電流表示數為0.5A；
②開關S、S₁閉合，斷開S₂，保持滑動變阻器的滑片位置不變，記錄電流表的示數為I；　　　
③小燈泡L₁額定功率的表達式P_額=2.5V×（I-0.5A）．

Answer 1

分析 （1）電流表使用前應先觀察指針是否指到0刻度線，否則應校零；
（2）根據串聯電路中電阻越大分得的電壓越大，分析電壓表的示數無法降低到2V的原因；
（3）由電路圖可知，開關S、S₂閉合，斷開S₁時，兩燈泡并聯后與滑動變阻器串聯，電流表測L₂的電流，調節滑動變阻器使通過燈泡L₂的電流等于額定電流時并聯部分的電壓為2.5V；保持滑片的位置不變，閉合開關S、S₁閉合，斷開S₂時，兩燈泡仍并聯，電流表測干路電流，根據并聯電路的電流特點求出通過L₁的電流，根據P=UI求出燈泡L₁額定功率．

解答 解：（1）使用圖甲中所示的電流表時應先調零；
（2）因串聯電路中，電阻越大分得的電壓越大，所以，電壓表的示數無法降低到2V的原因是滑動變阻器的最大阻值太小；
（3）由電路圖可知：
①當開關S、S₂閉合，斷開S₁時，調節滑動變阻器的滑片，使電流表示數為I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$$\frac{1.25W}{2.5V}$═0.5A，此時并聯部分的電壓為2.5V；
②保持滑片的位置不變，閉合開關S、S₁，斷開S₂時，兩燈泡仍并聯，電流表測干路電流I；
因并聯電路中干路電流等于各支路電流之和，所以，通過L₁的電流：I₁=I-I₂=I-0.5A，
因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，所以，L₁額定功率：P_額=UI₁=2.5V×（I-0.5A）．
故答案為：（1）校零；（2）滑動變阻器的最大阻值太小；（3）①0.5；③2.5V×（I-0.5A）．

點評 本題考查了探究電流與電阻關系的實驗和測量小燈泡額定功率的實驗，明白圖丙電路圖的工作原理是關鍵．