Question

18．采用如圖甲所示的電路進行“測量小燈泡的電功率”實驗，其中電源由兩節干電池提供，已知小燈泡額定電壓為2.5V．

（1）電路連接好后如圖甲所示，先將滑動變阻器的滑片P移到最右（左/右）端，再閉合開關，發現小燈泡不亮，電流表有示數，電壓表無示數，則出現故障的原因是小燈泡短路（小燈泡斷路/小燈泡短路）．
（2）故障排除后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P到某處時，電壓表示數為2V，為了測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向左（左/右）端移動，使電壓表示數為2.5V，此時電流表指針位置如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為1.25W，同時還可求出小燈泡正常發光時的電阻為5Ω．
（3）若此實驗中電流表壞了，為了測出小燈泡的額定功率，小組同學們增加了一個R₀=5Ω的定值電阻，設計了如圖丙所示的電路和如下實驗方案：
①調節滑片，使電壓表的示數為小燈泡的額定電壓；
②保持滑片位置不變，只將電壓表a點改接到c點，測出定值電阻R₀兩端的電壓U₀；
③通過計算，可先求出電路中的電流I，就可得到小燈泡的額定功率P．
請你指出該設計方案中存在的兩個問題：無論怎樣調節變阻器，都不能使燈泡正常發光：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．

Answer 1

分析 （1）電路連接好后，應將滑動變阻器的滑片P移到最大值處；電流表有示數，電路是通路，再根據小燈泡不亮，電壓表示數情況分析判斷故障的原因；
（2）根據電壓表示數與燈泡額定電壓的關系確定滑動變阻器滑片的移動方向，移動滑動變阻器滑片知道電壓表示數等于燈泡額定電壓為止；根據圖示確定電流表的量程、最小分度值，讀出電流表的示數；然后根據P=UI求出燈泡的額定功率；最后由歐姆定律求出燈泡阻值；
（3）根據串聯電路的特點分析燈泡是否能夠正常發光；電壓表并聯在電路中，電流應從正接線柱流入，負接線柱流出．

解答 解：
（1）為了保護電路，電路連接好后，應先將滑動變阻器的滑片P移到最大值右端；
閉合開關，電流表有示數，說明電路是通路，但發現小燈泡不亮，電壓表無示數，則出現故障的原因可能是小燈泡短路；
（4）電壓表示數2V時，燈泡兩端電壓小于燈泡額定電壓，要測燈泡額定功率應向左移動滑動變阻器的滑片，減小滑動變阻器分得電壓，以增大燈泡電壓等于燈泡額定電壓2.5V為止；
由圖乙知，電流表的量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數是0.5A，
則燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.5A=1.25W；
此時燈泡電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.5A}$=5Ω；
（3）由題意知，電源電壓約為3V，燈泡正常發光時電阻為5Ω，
當變阻器電阻為零時，設燈泡兩端的電壓為U_L，根據串聯電路電流相等的特點有：$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{U-{U}_{L}}{{R}_{0}}$，
即：$\frac{{U}_{L}}{5Ω}$=$\frac{3V-{U}_{L}}{5Ω}$，
解得：U_L=1.5V，所以無論怎樣調節變阻器，都不能使燈泡正常發光；
保持滑片位置不變，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）右；小燈泡短路；
（2）左；1.25；5；
（3）無論怎樣調節變阻器，都不能使燈泡正常發光；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．

點評 本題考查了連接電路的注意事項、電路故障分析、電表讀數、求燈泡功率及燈泡電阻，還考查了對實驗設計的分析，涉及的內容較多，關鍵掌握測量的原理．