Question

小張用電源（電壓未知）、一個阻值為40Ω的電阻、一個規格合適的滑動變阻器、一只實驗用電壓表、一個單刀雙擲開關和若干導線．設計了一個電路，測額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率．實驗電路如圖所示．
（1）小張連好電路就發現燈的亮度太大，是因為______．
（2）小張糾正了錯誤，發現燈不亮了，于是他移動滑動變阻器，燈還是不亮，他將開關打到2位置時電壓表沒有示數，打到1位置時電壓表偏轉很大，則電路故障原因：______．
（3）將所有問題解決了，小張首先將開關打到2位置，移動滑動變阻器，直至電壓表示數為2.5V時改變電壓表量程并將開關打到1位置，電壓表偏轉程度恰與剛才相同，則燈泡的額定功率是多少？
（4）燈泡正常發光5分鐘，電阻R消耗了多少電能？

Answer 1

解：（1）燈泡過亮說明燈泡兩端的電壓過大．電路中的電流過大，電阻過小，因此可能是滑動變阻器連入電路的阻值未處于最大值．
故答案為：滑動變阻器未處于最大值．
（2）將開關打到2位置時，電壓表沒有示數，故障可能是：①電路中有開路的位置；②燈泡和電壓表被短路；
開關打到1位置時，電壓表偏轉很大，說明電壓表可能測量了電源電壓，且與電壓表串聯的滑動變阻器是連通的，因電壓表與串聯后的電阻和燈泡是并聯的，則電路故障是：電阻和燈泡的串聯部分電路出現開路地方；
綜上所述可知，電路故障原因是：電阻R上出現開路．
故答案為：電阻R上出現開路．
（3）將開關打到2位置，電壓表示數為2.5V，開關打到1位置，電壓表偏轉程度恰與開關打到2位置時相同，則電壓表的量程是大量程15V，示數為12.5V．
則U_R=U-U_L=12.5V-2.5V=10V，
∴I===0.25A，
∴P_額=P_實=U_LI=2.5V×0.25A=0.625W．
答：燈泡的額定功率是0.625W．
（4）燈泡正常發光時，電阻R消耗的電能：
W_R=U_RIt=10V×0.25A×5×60s=750J．
答：電阻R消耗的電能為750J．
分析：（1）燈泡的亮度取決于燈泡的實際功率，連好電路發現燈的亮度太大，表明燈泡兩端的實際電壓高于額定電壓，根據電路的連接方式分析燈泡電壓會過大的原因．
（2）首先分析引起開關打到2位置時電壓表沒有示數和打到1位置時電壓表偏轉很大的各種電路故障情況，然后歸納即可．（3）根據開關打到2位置和打到1位置，電壓表偏轉程度相同，得出電壓表的示數，然后根據串聯電路的特點和歐姆定律求出電路中的電流，再由P=UI求的額定功率．
（4）燈泡正常發光時，根據電阻R的電壓和電流值，利用W=UIt可求電阻R消耗電能．
點評：本題主要考查了電路故障的分析，能利用串聯電路的特點和歐姆定律解答即可，但正確分析理解電壓表有示數和示數很大，是解答本題第二問的關鍵．