Question

17．一只小燈泡的額定電壓為2.0V，正常發光時的電阻約為8Ω．小明想測量這個小燈泡的額定功率，實驗室中有如下器材：一個電壓表、一個電流表、一個開關，電源：電壓為6V的A規格，電壓為3V的B規格可選，滑動變阻器規格10Ω  2A，導線若干．
（1）為保證實驗順利進行，本實驗應該選擇B（選填“A”或“B”）規格的電源．
（2）正確連接電路后閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有示數，燈泡不發光，導致這一現象的原因可能是燈泡短路．
（3）更正錯誤后，小明調節滑動變阻器滑片位置直到電壓表讀數為2.0V，小燈泡正常發光，此時電流表示數如圖甲所示，則小燈泡的額定電流為0.26A，小燈泡的額定功率為0.52W．
（4）完成上述實驗后，小明打算增加一個定值電阻R₀，只利用一只電表，通過操作開關來測量小燈泡的額定功率．下列圖乙中是小明設計的四種不同方案的電路圖．其中能夠測出小燈泡額定功率的有B、C（選填序號）．

Answer 1

分析 （1）根據串聯電路電壓的規律，求出燈泡正常發光時滑動變阻器接入電路的阻值，根據分壓原理確定變阻器連入電路中的電阻與題中滑動變阻器的最大阻值比較；
（2）閉合開關，電流表有示數，說明電路為通路，根據電壓表無示數，燈泡不發光確定故障的可能原因；
（3）由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出其示數，然后又P=UI 求出燈泡額定功率；
（4）AB、在只有電壓表的情況下，首先通過開關的轉換，電壓表能測燈的電壓，判斷燈正常發光，然后根據串聯電路的規律和歐姆定律可求出燈的額定電流，根據P=UI 求出燈泡額定功率；
C、分析電路的連接、在只有電流表的情況下，定值電阻和電流表可起到測量電壓的作用，通過開關的轉換，測算出燈的額定電流，根據P=UI 求出燈泡額定功率；
D、圖中只有電流表，通過開關的轉換，定值電阻與燈分別與變阻器串聯，無法確定燈是否正常發光．

解答 解：（1）燈泡正常發光時滑動變阻器的電壓：
U_滑=U-U_L=U-2V，根據分壓原理：$\frac{U{-U}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，即 $\frac{U-2V}{2V}$=$\frac{{R}_{滑}}{8Ω}$-------①
若電源電壓為6V，
由①得，變阻器連入電路中的阻值大小：
R_滑=16Ω＞10Ω，故不可行；
若電源電壓3V，
由①得，變阻器連入電路中的阻值大小：
R_滑=4Ω＜10Ω，可行；
故選用電壓為3V的B規格的電源；
（2）正確連接電路后閉合開關，電流表有示數，說明電路為通路，電壓表無示數，燈泡不發光，導致這一現象的原因可能是與電壓表并聯的燈泡短路了；
（3）由圖乙電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.26A，燈泡額定功率：
P=UI=2V×0.26A=0.52W；
（4）A、定值電阻與燈串聯，電路中只有電壓表，只閉合S₂，電表測定值電阻的電壓；
當只閉合S₁時，電壓表測燈與定值電阻的電壓，無法確定燈是否正常發光，故A選項不可行；
B、只閉合S₂，移動變阻器的滑片，使電壓表示數為2V，則燈正常發光；
保持滑片位置不動，閉合S₁，斷開合S₂，記下電壓表的示數U₁，
此時電壓表測R₀與燈的電壓，因電路的連接沒有改變，各電阻的大小和電壓沒有改變，燈仍正常發光，由串聯電路電壓的規律，R₀的電壓U₀=U₁-2V，通過R₀的電流，即燈的額定電流：
I=$\frac{{U}_{1}-2V}{{R}_{0}}$，根據P=UI可求燈的額定功率；故B選項可以；
C、將S₂往右上方打，燈與R₀并聯，電流表測通過R₀的電流，移動滑片使電流表示數為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{{R}_{0}}$，根據并聯電路電壓的規律，則燈的電壓一定為2V，燈正常發光；
保持滑片位置不動，將S₂往左下方打，記下電流表示數I′，即為燈與定值的總電流，因電路的連接沒有改變，各電阻的大小和電壓沒有改變，通過燈與定值電阻的電流不變，燈仍正常發光，根據并聯電路電流的規律，燈的額定電流I_L=I′-$\frac{2V}{{R}_{0}}$，根據P=UI可求燈的額定功率；故C選項可以；
D、圖中只有電流表，通過開關的轉換，定值電阻與燈分別與變阻器串聯，無法確定燈是否正常發光，故D選項不可行；
故選BC．
故答案為：（1）B；（2）燈泡短路；（3）0.26；0.52；（4）B、C．

點評 本題測量這個小燈泡的額定功率，考查器材的選擇、故障的分析、電流表讀數及對設計實驗方案的評估，難度較大．