Question

9．在測定“小燈泡額定電功率”的實驗中，已知電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，滑動變阻器標有“20Ω  1A”字樣．

（1）該實驗的原理是P=UI．
（2）如圖1甲是小亮同學設計的電路圖，請在圖1甲圓圈中填上電表符號．
（3）請將圖1乙所示的實物電路連接完整（要求：滑動變阻器的滑片向右移動時小燈變亮）．
（4）在正確連接電路時，開關必須斷開，滑動變阻器的滑片應移至C端（“C”或“D”）．
（5）實驗中，小亮同學連接好電路后，閉合開關，移動滑片，發(fā)現小燈泡始終不亮，且電壓表有示數，電流表無示數，則故障的原因可能是燈泡開路．
（6）故障排除后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片到某一點，電壓表的示數如圖丙所示，為2.2V，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向B端滑動（選填“A”或“B”）
（7）當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數如圖1丁所示，則小燈泡的額定功率是0.6W．
（8）完成上述實驗后，又重新設計了電路如圖2所示，測量另一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I₁．（已知電源電壓為U）．
①只閉合開關S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數為I₁；
②只閉合開關S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調節(jié)滑動變阻器R₁的滑片，使電流表示數為I₁；再將滑動變阻器R₂的滑片調到最左端，讀出電流表的示數為I₂；
③則小燈泡的額定功率表達式為P_額=$\frac{U{I}_{{1}^{2}}}{{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）測量電功率的原理是P=UI；
（2）與燈泡串聯的是電流表，并聯的是電壓表；
（3）將變阻器串聯在電路中，滑片向右滑動燈泡變亮，則電阻應變小，從而確定下面所接的接線柱；
（4）在連接電路中開關必須斷開，將滑片移至最大阻值處；
（5）電流表示數幾乎為零，說明電路斷路，電壓表示數接近電源電壓說明和電壓表并聯的燈泡發(fā)生了斷路．
（6）當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于額定功率；
先根據電壓表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表的示數，然后根據串聯電路分壓的特點確定滑動變阻器移動的方向；
（7）電流表讀數：首先確定使用的量程，然后確定每一個大格和每一個小格代表的示數，然后根據P=UI計算功率；
（8）讀題明確此實驗的原理是利用替代法，測出燈泡的電阻，再通過電功率的變形公式P=I²R可計算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）該實驗的測量原理是P=UI；
（2）與燈泡并聯的為電壓表，與其串聯的是電流表，如圖所示：

（3）將電流表串聯在電路中，燈泡正常發(fā)光時的電流大約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電壓表可選擇0～0.6A的量程；
滑動變阻器串聯在電路中，滑片向右移動時小燈變亮，下面應接右邊的接線柱，如圖所示：

（4）在正確連接電路時，開關必須斷開，滑動變阻器的滑片應移至C，使其阻值最大；
（5）電流表示數接近零，說明電路斷路，而電壓表示數接近電源電壓，說明和電壓表并聯的燈泡發(fā)生了斷路．
（6）根據圖甲可知，電壓表為0～3V，分度值為0.1V，示數為2.2V，小于燈泡的額定電壓，故需減小滑動變阻器分得的電壓，即減小滑動變阻器接入電路的電阻，故將滑片向B移動；
（7）根據圖乙可知，電流表量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.24A；
燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.24A=0.6W；
（8）分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：①只閉合開關S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數為I₁；
②只閉合開關S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調節(jié)滑動變阻器R₁的滑片使電流表示數為I₁；
再將滑動變阻器R₂的滑片調到最左端，讀出電流表的示數為I₂；
③則小燈泡的電阻與變阻器R₁此時的電阻相同，即R_L=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小燈泡的額定功率P_額=I₁²R_燈=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案為；（1）P=UI；（2）見上圖；（3）見上圖；（4）斷開；C；（5）燈泡開路；（6）2.2；B；（7）0.6；（8）$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

點評 本題考查測量小燈泡電功率”，運用了兩種不同的測量方法，要求我們對實驗的原理、注意事項動、滑動變阻器的使用，電壓表、電流表的讀數，功率的計算、歐姆定律的應用以及故障問題等．屬于常見題型，難度不大．