Question

5．曉彤和小雪在測定額定電壓為“2.5V”小燈泡電功率的實驗中，設計電路如圖甲所示，電源為兩節新干電池．

（1）曉彤連接電路后，閉合開關，移動滑片（未達到最小阻值），發現燈泡不亮，電流表有示數，電壓表無示數，則故障可能是小燈泡短路．
（2）排除故障后，曉彤為了測量小燈泡的額定功率，調節滑片使電壓表的示數為2.5V，此時電流表的示數如圖乙所示，則小燈泡額定功率是1.0W．
（3）曉彤根據自己測量的實驗數據繪制了如圖丙所示的圖象，小雪看后認為圖象中沒有顯示小燈泡電阻的明顯改變，跟同學們探究的結果不完全吻合．請你分析產生這一疑問的原因，并由此提出合理的改進建議．
（4）小雪在實驗中發現電流表壞了，為了測量小燈泡的額定功率，小雪選用一個電阻，設計了如圖丁的電路及實驗方案：
①調節滑片使電壓表的示數為額定電壓；
②保持滑片位置不變，只將電壓表的a點接線改接到c點，測出R₀兩端的電壓U₀，通過計算得到小燈泡的額定功率．
你認為小雪的實驗方案存在什么問題？

Answer 1

分析 （1）發現燈泡不亮，電流表有示數，則電路沒有發生斷路，電壓表無示數，說明與電壓表并聯的用電器兩端無電壓，則與電壓表并聯的電路短路；
（2）要測燈泡的額定功率，應使燈泡兩端的電壓等于其額定電壓，根據圖乙讀出電流表的示數，利用P=UI求出小燈泡額定功率；
（3）燈泡電阻受溫度影響，溫度越高電阻越大，分析圖象可得產生燈泡電阻無明顯變化的原因，并提出改進建議；
（4）電壓表并聯在電路中，電流應由正接線柱流入，負接線柱流出

解答 解：（1）電流表有示數，說明電路中通路，燈泡不亮，電壓表無示數，則可能與電壓表并聯的燈泡短路；
（2）要測量燈泡的額定功率，應使燈泡兩端的電壓等于其額定電壓，所以應調節滑片使電壓表的示數為2.5V；
由圖乙知，電流表選擇0～0.6A的量程，分度值為0.02A，示數為0.4A；則小燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.4A=1.0W；
（3）由圖象知，實驗中曉彤只測了三組數據，燈泡電壓從2.0V增大到3.0V，燈泡兩端電壓的變化范圍較小，使燈泡的亮度變化較小，燈絲溫度變化較小，所以電阻變化不明顯；
改進建議：增大燈泡兩端電壓的變化范圍，使燈泡的發光亮度變化明顯；
（4）小雪的實驗方案中：保持滑片位置不變，由圖丁可知，a與電壓表的正接線柱相連，只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．
故答案為：（1）燈泡短路；
（2）2.5；0.75；
（3）原因：燈泡兩端電壓的變化范圍較小，使燈泡的亮度變化較小，燈絲溫度變化較小，電阻變化不明顯；
改進建議：增大燈泡兩端電壓的變化范圍，使燈泡的發光亮度變化明顯；
（4）小雪將電壓表的a點接線改接到c點時，電壓表的正負接線柱接反了．

點評 本題測量小燈泡的額定功率實驗，考查了電路故障的分析、操作過程、電流表的讀數及電功率的計算、影響電阻大小的因素及對實驗方案的評估能力并嘗試改進實驗方案的能力，有一定難度．