Question

4．在“測定小燈泡的額定電功率”的實驗中，小明同學選用的小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為8Ω，滑動變阻器的最大阻值為10Ω．
（1）為順利完成實驗，現有電壓為4.5V和6V的兩電池組可供選擇，則A．
A．只能選擇4.5V的電池組
B．只能選擇6V的電池組
C．兩電池組均可選用
D．須將其變成10.5V的電池組使用
（2）請用筆畫線代替導線，將圖2中的實物電路連接完整．
（3）為測小燈泡的額定功率，移動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2.5V，此時電流表示數如圖1所示，其值為0.28A，小燈泡的額定功率為0.7W．
（4）小明在實驗時，不小心將電流表損壞，由于沒有多余的電流表更換，老師取走電流表，并拿來一個電阻箱代替滑動變阻器接在原電路中（不改變電路結構）．
①閉合開關后，發現燈泡不發光，電壓表的示數等于電源電壓，則故障的原因可能是燈泡斷路（短路/斷路）；
②排除故障后，當燈泡正常工作時，電阻箱接入的阻值為R₀，則燈泡額定功率的表達式為$\frac{5{V}^{2}}{{R}_{0}}$（電源電壓不變）．

Answer 1

分析 （1）額定電壓下燈泡的電壓和額定電壓相等，根據歐姆定律求出此時電路中電流的大約值，再根據串聯電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的電阻，最后結合滑動變阻器的最大阻值即可判斷所需電源的電壓．
（2）根據燈泡的額定電壓和額定電流確定電表的量程，且電壓表與燈泡并聯，電流表與燈泡串聯，滑動變阻器按一上一下的原則與開關串聯．
（3）要測量燈泡的額定電功率，需使燈泡兩端的電壓等于額定電壓等于2.5V；根據電流表的量程和分度值讀出電流表的示數，根據P=UI求出小燈泡的額定功率．
（4）①電壓表的示數等于電源電壓，說明電壓表串聯在電路中測電源的電壓，即電壓表并聯的部分斷路；
②由題意可知，電阻箱與燈泡串聯，根據串聯電路的電壓特點求出當小燈泡在額定電壓下工作時電阻箱兩端的電壓，根據歐姆定律求出電路中的電流，根據P=UI得出小燈泡額定功率的表達式．

解答 解：
（1）由電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯，
當燈泡正常發光時電路中的電流大約為：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=$\frac{5}{16}$A，
若電源的電壓U=4.5V，則滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，滑動變阻器接入電路的電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{\frac{5}{16}A}$=6.4Ω＜10Ω，此電源可用；
若電源的電壓U=6V，則滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，滑動變阻器接入電路的電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{\frac{5}{16}A}$=11.2Ω＞10Ω，故6V或大于6V的電源不可用；
故選A．
（2）燈泡的額定電壓為2.5V＜3V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯；燈泡的額定電流大約為$\frac{5}{16}$A＜0.6A，所以電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯；滑動變阻器按一上一下的原則與開關串聯，如下圖所示：
；
（3）為測小燈泡的額定功率，移動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2.5V；
由圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，通過燈泡的電流為0.28A，燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.28A=0.7W．
（4）①燈泡不發光，電壓表的示數等于電源電壓說明電壓表串聯在電路中測電源的電壓，即電壓表并聯的燈泡斷路；
②當小燈泡在額定電壓下工作時，
電阻箱兩端的電壓U_電阻箱=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，
電路中的電流：I=$\frac{{U}_{電阻箱}}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{{R}_{0}}$，
燈泡的額定功率：P=U_LI=2.5V×$\frac{2V}{{R}_{0}}$=$\frac{5{V}^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）A；（2）見上圖；（3）2.5；0.28；0.7；（4）①斷路；②$\frac{5{V}^{2}}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了“測定小燈泡的電功率”的實驗，涉及到了電源的選擇、電流表和電壓表量程的選擇、實物電路圖的連接、電路故障的判斷、歐姆定律和電功率公式的應用等，綜合性強，給解題帶來了困難．