Question

12．在“測量小燈泡的電功率”實驗中，小明連接了如圖甲所示的電路．已知小燈泡標有“2.5V”字樣，電源由4節新干電池組成，燈泡電阻約為10Ω，滑動變阻器甲的規格“10Ω 1A”、乙的規格“50Ω  0.5A”．

（1）請幫小明將電路補充完整（導線不能交叉）．
（2）連接電路時，開關應處于斷開狀態．滑動變阻器應選擇乙（填“甲”或“乙”）．
（3）正確連接電路，進行實驗，當燈泡兩端電壓為2.5V時，電流表的指針位置如圖乙所示，則電流表的示數為0.34A，則小燈泡的額定功率為0.85W．
（4）實驗要求改變小燈泡兩端的電壓進行多次測量，這樣做是為了測量不同電壓下小燈泡的實際功率．
（5）在評估與交流環節，其他小組提出如下問題，請你幫助解決．
①若將電路連接好后，閉合開關，發現小燈泡發光很暗，電流表、電壓表有示數，任意移動變阻器滑片，小燈泡亮度不變，兩表示數均不變，則故障原因是：滑動變阻器同時將下面的兩個接線柱接入電路．
②為了比較發光二極管和小燈泡哪個更節能，某小組同學有一個發光二極管替換電路中的小燈泡，進一步測量發光二極管的電功率．閉合開關后，無論怎樣調節滑動變阻器的滑片，發現此二極管都不發光，且電流表無示數，電壓表有示數，經檢查整個電路連接及元件均完好，則故障原因是：二極管正負接線柱接反了．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，燈泡連接不完整，把電流表、滑動變阻器與燈泡應串聯接入電路即可．
（2）連接電路時，開關應斷開；
每節干電池電壓是1.5V，根據所用干電池的節數確定電源電壓．由串聯電路特點求出滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的電阻．
（3）由圖乙所示電流表確定電流表量程與分度值，讀出電流表示數，由電功率公式求出燈泡額定功率；
（4）測不同電壓下燈泡的電功率是為了比較不同電壓下小燈泡實際功率的大小關系．
（5）①閉合開關，小燈泡亮度很暗，說明電路是通路，但電流較小，原因是電路電阻太大；同時滑動變阻器滑片移動，電流表、電壓表示數不變，說明變阻器接入電路方法錯誤；
②電流表無示數，說明電路斷路，但二極管正負接線柱接反后，二極管相當于斷路；電壓表有示數，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連．

解答 解：（1）電流表、滑動變阻器與燈泡應串聯接入電路，電壓表并聯在燈泡兩端，如圖：

（2）為保護電路，連接電路時，開關應斷開；
燈泡正常工作時的電流：I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
每節干電池電壓是1.5V，則電源電壓U=4×1.5V=6V，
根據串聯電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可得：
滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$得滑動變阻器接入電路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，故滑動變阻器選乙；
（3）由圖乙所示電流表可知，電流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，電流表示數是0.34A；
小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.34A=0.85W．
（4）實驗要求改變小燈泡兩端的電壓進行多次測量，這樣做的目的是為了測量不同電壓下小燈泡的實際功率．
（5）①閉合開關后，發現小燈泡的亮度很暗，說明電路電阻太大，電流太小；且無論如何移動滑動變阻器的滑片，電流表和電壓表的示數均不變，其原因是滑動變阻器同時將下面的兩個接線柱接入電路；
②電流表無示數，說明電路斷路；電壓表有示數，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，因此電路故障為二極管正負接線柱接反了．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；
（2）斷開；乙；
（3）0.34；0.85；
（4）測量不同電壓下小燈泡的實際功率；
（5）①滑動變阻器同時將下面的兩個接線柱接入電路；②二極管正負接線柱接反了．

點評 本題考查了電源的構成、連接電路圖、電流表讀數、求燈泡功率、求滑動變阻器阻值、電路斷路時的電路現象等問題，關鍵是明確發光二極管的單向導電性．