Question

18．在“測定額定電壓為2.5V小燈泡的電功率”的實驗中，陽陽同學已連接好如圖1所示的部分電路．

（1）在陽陽所連接的電路中，有兩根導線還沒連好，請你幫他完成電路的連接（其他的導線不要變動）．
（2）連接電路時，開關要斷開；滑動變阻器要滑到A （填“A”或“B”）移動．
（3）開關試觸時，若發現電流表無示數，電壓表示數較大，其故障原因可能是燈泡斷路．
（4）陽陽實驗時，發現電壓表示數如圖2所示，為了測出小燈泡的額定功率，他應該把滑片向B（填“A”或“B”）移動．
（5）實驗中陽陽測出了三組數據，記錄在表中．若第一次實驗時電流表的示數如圖3所示，請將此示數讀出并填入表中．

次數	1	2	3
U/V	2	2.5	3
I/A		0.4	0.42
亮度	暗→亮

（6）他測出小燈泡的額定功率是1W，小燈泡的亮度取決于燈泡的實際功率．
（7）完成上述實驗后，小明發觀電壓表已壞，她利用剩余器材和老師又給的一個定值電阻R₀、兩個開關S₁、S₂及導線，也完成了對小燈泡額定功率的測量．
①請你在畫出小明完成實驗設計的電路圖．
②寫出測定額定功率的簡要步驟：
a、閉合開關S、S₁，調節滑片P，使電流表A的示數為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$
b、保持滑動變阻器阻值不變，閉合開關S₂，斷開開關S₁，讀出電壓表A的示數為I．
③額定功率的表達式：P_額=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

Answer 1

分析 （1）電流表、燈泡、滑動變阻器串聯在電路中；
（2）連接電路時，開關應斷開；滑動變阻器要滑到最大值處；
（3）電流表無示數說明電路斷路，電壓表示數較大說明電壓表連接在電源兩端，電壓表并聯電路之外無斷路，由此分析故障原因；
（4）先確定電流表的量程和最少分度值，再讀出示數；根據串聯的電流的分壓原理，增大小燈泡兩端的電壓，需要減小滑動變阻器接入電路的阻值，判斷滑片的移動方向；
（5）確定電流表的量程、最小分度值，讀出電流表的示數；
（6）利用已知阻值的電阻R₀和電流表及滑動變阻器，將燈泡兩端的電壓調至2.5V，再用電流表和電路特點測出通過燈泡的電流，再利用P=UI計算其功率．

解答 解：
（1）電流表、燈泡、滑動變阻器串聯在電路中，滑動變阻器應一上一下接，如圖所示．
；
（2）為了保護電路，連接電路時，開關應斷開；滑動變阻器要滑到最大值處，所以滑片應向A端移動；
（3）電流表無示數說明電路斷路，電壓表示數較大說明電壓表連接在電源兩端，且電壓表并聯電路之外無斷路，其故障原因可能是燈泡斷路；
（4）由圖2知，電壓表使用0-3V量程，分度值0.1V，小燈泡兩端的電壓為2V，要增大小燈泡兩端的電壓U_L為額定電壓2.5V，需要減小滑動變阻器接入電路的阻值R，故滑片應向B端移動；
（5）由圖3知，電流表量程是0-0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數是I=0.36A；
（6）電燈的額定電壓為2.5V，表格中對應的電流為0.40A，故額定功率P=UI=2.5V×0.40A=1W；
由表格數據知，燈泡兩端電壓越大，通過的電流越大，燈泡的實際功率越大，燈泡越亮，即：小燈泡的亮度是由其實際功率決定的；
（5）①由分析設計電路圖如圖所示：

②步驟：a、閉合開關S、S₁，調節滑片P，使電流表A的示數為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
b、保持滑動變阻器阻值不變，閉合開關S₂，斷開開關S₁，讀出電壓表A的示數為I；
③小燈泡的額定功率表達式：P_額=U_額I_額=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）見上圖；（2）斷開；A；（3）燈泡斷路；（4）B；（5）0.36；
（6）1；實際功率；（7）①見上圖；②a、S、S₁； b、閉合開關S₂，斷開開關S₁；③2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

點評 本題考查了電路的連接和滑動變阻器使用以及電流表的讀數、電功率的計算等．注意額定功率必須是在額定電壓下的功率．難點在于利用電流表和調節滑動變阻器既使燈泡正常工作又能測出通過燈泡的電流，這對電路設計能力有一定的要求，難度較大．