Question

3．小華同學(xué)要測量小燈泡的額定功率，實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：標(biāo)有“2.5V”的 小燈泡（電阻約 8Ω）、電池組、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干．

（1）如圖甲所示，請你用筆畫線代替導(dǎo)線將電路連接完整．
（2）小華在實(shí)驗(yàn)過程中，移動變阻器滑片時(shí)，小燈泡突然熄滅．經(jīng)判斷，電路故障是小燈泡或電流表被燒壞．查找故障時(shí)，在不拆開電路的情況下，他把一根導(dǎo)線接在電流表兩端，小燈泡仍不發(fā)光，可判斷電路故障是燈被燒壞而斷路．
（3）小華排除電路故障后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為 2.5V，此時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）小華測量完額定功率后，又閉合開關(guān)，移動滑片，記錄電流表和電壓表示數(shù)，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，繪制出 I-U 圖象，如圖丙中 a 所示．再將小燈泡換成電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，繪制出 I-U 圖象，如圖丙中 b 所示．試分析圖象中 A、B、C 三點(diǎn)電阻 RA、RB、RC 大小關(guān)系為R_B＞R_C＞R_A（由大到小排列）．
（5）小明在測量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，電壓表壞了，他想不用電壓表就能測定小燈泡（額定電壓已知）的額定功率，為此小明向老師又要了一個(gè)阻值為 R0 的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)開關(guān)，借助圖甲中原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)，假如由你來做該實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請?jiān)谔摼�框內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)電路圖．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖乙電流表選用小量程串聯(lián)在電路中，變阻器按一上一上接入電路中；
（2）當(dāng)導(dǎo)線接在電流表的兩端時(shí)，就能排除電流表的故障，根據(jù)小燈泡不亮，確定故障所在；
（3）根據(jù)圖乙電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（4）定值電阻的I-U圖象為一直線，根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而變大分析得出三點(diǎn)電阻大��；
（5）在沒有電壓表的情況下，測量小燈泡額定功率，定值電阻與電流表應(yīng)起到電壓表的測量作用，故先將定值電阻與電流表串聯(lián)后再與燈并聯(lián)，通過移動變阻器的滑片，根據(jù)歐姆定律和并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$，燈正常發(fā)光；
保持滑片位置不動，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測燈與定值電阻并聯(lián)的電流I₂，因電路的連接關(guān)系沒有改變，各電阻的大小和電壓不變，燈仍正常發(fā)光，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可求出燈正常發(fā)光時(shí)的電流大小I_L=I₂-I₁，根據(jù)P_L=U_LI_L可求額定功率，據(jù)此畫出電路圖．

解答 解：（1）根據(jù)圖乙電流表選用小量程串聯(lián)在電路中，變阻器按一上一上接入電路中，如下圖1所示：

（2）當(dāng)導(dǎo)線接在電流表的兩端時(shí)，就能排除電流表的故障，小燈泡不亮，說明是小燈泡的故障，小燈被燒壞而斷路；
（3）電壓表的示數(shù)為 2.5V，此時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所示，電流表選用小量程，分度值為0.02A，則小燈泡的額定功率為：
P=UI=2.5×0.3A=0.75W；
（4）圖丙b圖線是正比例圖線，表示定值電阻的I-U圖象，所以B點(diǎn)電阻與a、b相交處電阻相等，
由圖線a可知，燈泡兩端的電壓變大時(shí)，電流變大，根據(jù)P=UI燈泡的實(shí)際功率變大，燈絲溫度升高，燈泡的電阻增大，所以R_A＜R_C＜R_{交點(diǎn)}，即：R_B＞R_C＞R_A．
（5）在上面分析的基礎(chǔ)上，電路圖如下圖2所示：

（步驟：如圖連接電路，先閉合S₁，移動滑片子，使電流表示數(shù)為為I₁=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$，
保持滑片位置不動，斷開S₁、閉合S₂，記下電流表示數(shù)I₂）
燈正常發(fā)光時(shí)的電流I_L=I₂-I₁，則燈的額定功率P_L=U_LI_L=U_L（I₂-$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$））
故答案為：（1）如上圖1所示；
（2）燈被燒壞而斷路；
（3）0.75；
（4）R_B＞R_C＞R_A
（5）如上圖2所示．

點(diǎn)評 本題測量小燈泡的額定功率，考查電路的連接、故障分析、額定功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，難度較大．