Question

13．小明用“伏安法”測量小燈泡的電功率中，提供的實驗器材有：待測小燈泡（額定電壓為2.5V）、電源（二節新干電池）、滑動變阻器、電流表、電壓表、開關及導線若干．
（1）請用筆畫線代替導線，完成圖甲實物電路的連接．
（2）檢查電路連接無誤后，閉合開關S，燈泡不亮，電壓表有示數，電流表指針幾乎不動．產生這一現象的原因可能是小燈泡斷路．
（3）故障排除后進行實驗，通過移動滑片記錄了多組數據，并作出了如圖乙所示的I-U圖象．據圖象可知小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）小華利用小明的實驗器材，只增加了一個阻值為10Ω定值電阻R₁、電阻箱R₂，來測量小燈泡的額定功率．如圖丙、丁是她設計的兩種不同方案的電路圖．則以下判斷正確的是A（填字母）．

A．兩種方案都能
B．兩種方案都不能
C．丙方案能，丁方案不能
D．丙方案不能，丁方案能
（5）實驗結束后，小明將該小燈泡單獨與一個10Ω的定值電阻R₀串聯后接入電壓為3V的電源兩端，此時R₀的功率是0.4W．

Answer 1

分析 （1）由電路圖，根據燈泡的額定電壓確定電壓表量程，并連接在燈泡兩端；
（2）電流表指針幾乎不動，電路中無電流，則為斷路，電壓表有示數，則與電壓表并聯的之外部分一定完好，據此確定故障所在；
（3）根據額定功率的定義，找出額定電壓下的電流，根據P_額=U_額I計算額定電功率的大小；
（4）開關S接“a”、”b”各一次，根據電路圖，確定能否使小燈泡正常發光，若不能，則無法測量小燈泡的額定電功率；
（5）小燈泡的電阻隨電壓（溫度）的變化而變化，不是一個定值，所以，根據串聯電路電流和電壓的特點，由圖乙找出符合條件的燈對應的電壓和電流值，進而求出R₀的功率．

解答 解：
（1）待測小燈泡的額定電壓為2.5V＜3.0V，電壓表選用小量程，將電壓表并聯在小燈泡的兩端，如下圖所示；

（2）燈泡不亮，電流表指針幾乎不動，電路中無電流，則為斷路，電壓表有示數，則與電壓表并聯的之外部分一定完好，說明與電壓表并聯的燈泡所在支路斷路，導致電壓表串聯在電路中了，所以可能的原因是小燈泡斷路（或小燈泡壞了或燈座處接觸不良）；
（3）由圖乙知，燈額定電壓2.5V對應的電流為0.3A，
所以其額定功率P_額=U_額I=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）丙方案中，R₁、小燈泡、變阻器三者串聯，S接1時，電壓表測小燈泡的電壓，S接2時測燈和定值電阻的總電壓，可以確定小燈泡是否正常發光，且可以通過R₁的電壓和電阻值求出燈泡正常發光時的電流，故丙方案能測出小燈泡的額定電功率．
丁方案中，根據“小華利用小明的實驗器材”可知電源電壓為3V，當電壓表示數U_滑=U-U_L=3V-2.5V=0.5V時，燈泡正常發光，且可通過調節電阻箱的阻值使得開關接2時電壓表示數仍為0.5V，則燈泡正常發光時的電阻等于電阻箱的阻值（等效法），根據P=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{R}_{L}}$可以測出小燈泡的額定功率；
所以，丙、丁方案能測出小燈泡的額定功率；故選A；
（5）由圖乙知，當燈的電壓U_燈=1.0V，對應的電流I=0.2A時，根據串聯電路電流的特點，通過定值電阻的電流大小等于0.2A，此時定值電阻的電壓U_定=IR₀=0.2A×10Ω=2V，又根據串聯電路電壓的特點，燈和定值電阻的總電壓U=U_燈+U_定=1V+2V=3V剛好為電源電壓；
所以，此時R₀的功率P₀=U_定×I=2V×0.2A=0.4W．
故答案為：（1）如上圖；（2）小燈泡斷路；（3）0.75；（4）A；（5）0.4．

點評 本題用伏安法測量小燈泡的電功率，考查電路的連接、常見故障的分析、燈的額定功率及實際功率的計算．特別是最后一問，易把燈正常發光時的電阻當成其實際電阻與定值電阻串聯求總電阻，是本題的易錯點和難點．