Question

20．在“測量小燈泡的電功率”實驗中，小燈泡上標有“2.5V”字樣（燈泡額定功率小于1W），電源為兩節干電池．圖甲是連接的實物圖．
（1）閉合圖甲電路中的開關，電壓表的讀數約為3V，小燈泡處于不發光狀態（選填“發光”或“不發光”）．
（2）圖甲只有一根導線的一個接頭接錯，請在需要改動的導線上打“×”，并在圖上改正．
（3）改正電路后閉合開關，發現電壓表示數如圖乙所示，則應該將滑動變阻器的滑片P向左（“左”或“右”）移動，將電壓表的示數調整到2.5V，此時電流表示數如圖丙所示，測出小燈的額定功率為0.75W；此測量值和小燈泡標注的額定功率相差較大，請你分析燈泡不合格的原因：燈絲電阻過大或過小．（電表讀數準確）
（4）在某次調節中，燈泡變亮，滑動變阻器接入電路的阻值變化了△R₁，小燈泡的阻值變化了△R₂，則△R_1＞△R₂（選填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）如果增加已知阻值的定值電阻R₀，只利用一只電壓表，通過簡單操作就能測量小燈泡的額定功率．圖丁中（a）、（b）是他們設計的兩種電路圖，其中能完成測量的是電路圖a．

Answer 1

分析 （1）分析電路圖的連接情況分析電壓表示數并判斷燈泡工作情況；
（2）本實驗中電壓表應與燈泡并聯，電流表與燈泡串聯，由此改接電路；
（3）通過電壓表讀數，根據電路特點確定滑動變阻器的阻值的變化．由P=UI計算燈泡電功率；根據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析測量值和小燈泡標注的額定功率相差較大的原因；
（4）由燈泡亮度變化判斷電路中電流的變化判斷出總電阻的變化以及燈泡電阻變化，從而得出電阻變化的大小關系；
（5）有已知阻值的電阻和電壓表，若能通過開關轉換測得燈泡正常工作下的電流即可達到測量的目的，由此根據電路圖分析解答．

解答 解：
（1）電源為兩節干電池組成，電壓為3V．由圖甲知，電壓表串聯在電路中，所以電壓表示數幾乎等于電源電壓3V；
電流表與燈泡并聯，所以燈泡被短路了，故燈泡不能發光；
（2）測量小燈泡的電功率實驗中，電壓表應與燈泡并聯，電流表與燈泡串聯，由此改接電路如圖所示：
；
（3）由電路圖知，電壓表使用0-3V量程，分度值0.1V，由乙圖知，電壓表示數為1.7V，小于燈的額定電壓，應使電路中的電流增大，滑動變阻器的阻值應變小，滑片應向左端移動，直到電壓表示數等于額定電壓2.5V；
電流表使用量程為0-0.6A，分度值為0.02A，由丙圖燈泡正常發光電流表為0.5A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
實驗中電表讀數準確，即電壓達到了燈泡的額定電壓，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，功率出現較大的差異是因為燈絲電阻過大或過小；
（4）燈泡變亮，說明電路中的電流變大，電路中電阻變小，滑動變阻器接入電路的阻值減小，此時燈泡實際功率變大，溫度升高阻值變大，但電路中的總電阻變小，所以變阻器減小的阻值大于燈泡增大的阻值，△R₁＞△R₂；
（5）圖丁中a圖：①閉合開關S₁后，單刀雙拼開關接2時，調節滑動變阻器使電壓表示數為2.5V，即燈泡正常發光；②保持滑片位置不動，開關接1，此時電壓表測燈泡與定值電阻總電壓；由串聯電路特點知兩次電壓表示數的差為定值電阻兩端電壓；③由串聯電路電流特點和歐姆定律計算通過定值電阻的電流，即燈泡正常發光電流，再由P=UI可計算燈泡的額定功率；
b圖中：①閉合開關S₁后再閉合S₂電壓表測燈泡兩端電壓，電流從電壓表下端流入；，為測得燈泡電流，需要斷開S₂，閉合S₃，測定值電阻兩端電壓，但此時電流從電壓表上端流入，即電壓表的接線柱接反了，所以不能完成實驗．
故答案為：（1）3；不發光；（2）見上圖；（3）左；2.5；0.75；燈絲電阻過大或過小；（4）＞；（5）a．

點評 本題是測燈泡額定功率的實驗，考查了實物圖的連接、電表讀數、實驗操作、功率的計算以及特殊方法測功率等，考查的知識點多，綜合性強．注意燈泡電阻會隨溫度的升高而增大．