Question

18．在一次測量小燈泡額定功率的實驗中，（電源由三節(jié)新干電池串聯組成）粗心的小剛連接了如圖甲所示的電路．同組的小明發(fā)現電路連接有錯．

（1）如果閉合圖甲所示電路中的開關，電壓表的讀數約為4.5V，電流表的讀數約為0A．
（2）小明主張拆了以后重新連接，可是時間來不及了，小剛眼珠一轉，在圖示電路中只改變了某根導線一端的接點位置，電路就能測量小燈泡額定功率．請你在圖甲中畫出小剛改動的那條導線并連接正確的電路．
（3）小燈泡上標有“2.5V”字樣（燈泡額定功率約為1W），小組同學又正確的選擇了電表的量程．實驗時，在閉合開關S之前應該將滑動變阻器的滑片調至最右（填“左”或“右”）．閉合開關后，發(fā)現電壓表示數如圖乙所示，則應該將滑動變阻器的滑片P向左（填“左”或“右”）移動，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數如圖丙所示，則該小燈泡的額定功率是0.75W，該小燈泡的電阻是8.3Ω．
（4）完成探究后，小明用電源、電流表、滑動變阻器、電阻箱各1個、2個開關及若干條導線，對額定電流為I_額的另一個小燈泡的額定功率進行了測定，根據他設計的電路圖（如圖丁），寫出實驗步驟及測定額定功率的表示式．
實驗步驟：
①根據如圖丁所示的電路圖連接實物電路；
②只閉合S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數為I_額；
③斷開S₁，只閉合S₂，滑片位置不動，調節(jié)電阻箱，當電流表示數為I_額時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
④表達式：P_額=I_額²R．

Answer 1

分析 （1）分析電路的連接錯誤之處并分析電表的讀數；
（2）根據電壓表并聯在燈泡兩端，電流表串聯在電路中，修改電路；
（3）閉合開關S之前應該將滑動變阻器的滑片調至阻值最大處；
燈在額定電壓下正常發(fā)光，根據圖中電壓表小量程讀數，比較電壓表示數與額定電壓的大小，根據串聯電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動的方向；
（4）測燈泡額定功率需要測出燈泡的額定電流與額定電壓，現在只有電流表而沒有電壓表，先使燈與變阻器和電流表串聯，通過移動滑片，使電流表示數為I_額，燈正常發(fā)光；
保持滑片位置不動，通過開關的轉換，使電阻箱與變阻器串聯，調節(jié)電阻箱電阻大小，使電流表示數不變，根據等效替代法，電阻箱的電阻即為燈正常發(fā)光時的電阻，根據P=I²R求燈的額定功率．

解答 解：（1）原電路中，電流表與燈被短路，電流表示數約為0，電壓表通過變阻器與電源相連，電壓表示數為電源電壓4.5V，
（2）根據電壓表并聯在燈泡兩端，電流表串聯在電路中，修改電路，如下所示：

（3）實驗時，在閉合開關S之前應該將滑動變阻器的滑片調至阻值最大處，即最右端；
燈在額定電壓下正常發(fā)光，閉合開關后，發(fā)現電壓表示數如圖乙所示，電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數為1.7V，小于燈的額定電壓2.5V，應增大燈的電壓，根據串聯電路電壓的規(guī)律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向左移動，直到電壓表示數為額定電壓；
當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數如圖丙所示，電流表分度值為0.02A，示數為0.3A，則該小燈泡的額定功率是：
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；該小燈泡的電阻是：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω．
（4）實驗步驟：
②只閉合S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數為I_額；
③斷開S₁，只閉合S₂，滑片位置不動，調節(jié)電阻箱，當電流表示數為I_額時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
④由實驗步驟，根據等效替代法可知，燈泡正常發(fā)光時的電阻為R，
則燈泡的額定功率表達式P_額=I_額²R．
故答案為：（1）4.5；0；（2）如上所示；（3）右；左；0.75；8.3；
（4）②只閉合S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數為I_額；
③斷開S₁，只閉合S₂，滑片位置不動，調節(jié)電阻箱，當電流表示數為I_額時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
④I_額²R．

點評 本題測量小燈泡額定功率，考查電路的連接、注意事項、操作過程、電表讀數、功率和電阻的計算、等效替代法的運用及設計實驗方案的能力．