Question

18．在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為“2.5V”，正常發光時的電阻約為8Ω．

（1）在圖甲中，有一根導線未連接，請用筆畫線代替導線將電路連接完整；
（2）閉合開關后，小燈泡不亮，電流表沒有示數，電壓表有較大的示數，經檢查，導線連接完好，則電路故障可能是小燈泡發生了斷路（選填“短路”或“斷路”）；
（3）移動滑片P到某一位置時，電壓表示數如圖乙所示，為2.2V；此時要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向右（選填“左”或“右”）端移動；
（4）移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的I-U圖象，由圖象可計算出小燈泡的額定功率是0.75W．
（5）完成上述測量后，不用電壓表，用如圖丁所示的電路也可測量已知額定電流的小燈泡的額定功率，已知小燈泡的額定電流為I_額，定值電阻的阻值為R₀，實驗步驟如下，請補充完整：
①閉合開關S、S₂，調節滑動變阻器R的滑片P，使電流表示數I₁=I_額；
②閉合開關S、S₁，斷開開關S₂，記錄下此時電流表的示數為I；
③小燈泡的額定功率的表達式為P_額=R₀（I-I_額）I_額W．

Answer 1

分析 （1）求出燈泡正常發光時的電流，確定電流表的量程，串聯接入電路．
（2）電流表無示數，說明電路斷路；電壓表有示數，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連；
（3）讀出電壓表示數為2.2V，要使燈泡正常工作，燈泡兩端電壓增大到2.5V，根據分壓原理確定滑片移動的方向；
（4）從圖象中查得額定電壓下的額定電流，根據P=UI計算額定功率．
（5）燈泡與滑動變阻器串聯，用電流表測流過電路的電流，由串聯電路特點及歐姆定律求出流過燈泡電流為燈泡額定電流時，燈泡兩端電壓，然后由P=UI求出燈泡額定功率．

解答 解：（1）燈泡正常發光時的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，所以電流表選用小量程，電流從正接線柱流入，從負接線柱流出，如下圖所示：

（2）電流表無示數，說明電路斷路；電壓表有示數，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，因此電路故障為燈泡斷路；
（3）電壓表使用0～3V量程，每一個大格代表1V，每一個小格代表0.1V，電壓為2.2V．
要使燈泡正常工作，燈泡兩端電壓從2.2V增大到2.5V，就要減小變阻器的電壓，根據分壓原理，滑動變阻器連入電路中的電阻要減小，滑片向右端移動，使電壓表的示數為2.5V．
（4）從圖象得知，燈泡在2.5V下的電流為0.3A，P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）①閉合開關S、S₂，調節滑動變阻器R的滑片P，使電流表示數I₁=I_額；
②閉合開關S、S₁，斷開開關S₂，記錄下此時電流表的示數為I；
③算出小燈泡的額定功率．
定值電阻R₀的電流為：I₀=I-I_額
定值電阻R₀的電壓為：U=I₀R₀=（I-I_額）R₀，
因為燈泡兩端的電壓等于定值電阻的電壓，
所以燈泡的額定電壓功率為：P_額=U₀I_額=R₀（I-I_額）I_額．
故答案為：（1）如圖所示；（2）斷路；（3）2.2；右（4）0.75；（5）①閉合開關S、S₂，調節滑動變阻器R的滑片P，使電流表示數I₁=I_額；③R₀（I-I_額）I_額．

點評 本題涉及電路的連接、電壓表的讀數、滑動變阻器的變阻原理、電功率的計算及對實驗方案的評估，要認真審題，注意隱含條件，本題綜合性強，難度較大．