Question

12．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，已知待測小燈泡L的額定電壓為2.5V，正常發(fā)光時電阻約為10Ω．現(xiàn)提供如下實驗器材：
1．滑動變阻器R₁（0～10Ω）；R₂（0～50Ω）
2．電壓表（0～3V、0～15V）
3．電流表（0～0.6A、0～3A）
4．定值電阻R
5．電源電壓為6 V
6．導線若干．
請你回答下列問題：
（1）請用筆畫線代替導線，把實物圖中的電路元件連接成完整的實驗電路；（要求：滑片向左移時燈變亮，且連線不得交叉）
（2）移動滑片P過程中，如果出現(xiàn)電流表有一定的示數(shù)、電壓表示數(shù)始終為0的現(xiàn)象，其原因可能是燈泡短路；
（3）如圖甲是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪成的U-I圖象．根據(jù)圖象提供的信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W；小燈泡正常發(fā)光時的電阻為12.5Ω；

（4）本實驗應選用的滑動變阻器是R₂（選填“R₁”或“R₂”）；
（5）實驗結束后，斷開開關后，應先拆除電源兩端的導線，再拆除其它導線，最后整理好實驗器材；
（6）實驗中，若電流表突然損壞了，小明用提供的器材設計了如圖乙的電路，并只需下面兩個步驟就測出了該小燈泡額定功率．（定值電阻的阻值用R表示）
①閉合開關，調(diào)節(jié)滑片P使小燈泡兩端電壓為2.5V；
②接下來實驗步驟是：保持滑片位置不動，把電壓表再并聯(lián)在小燈泡和電阻R兩端；若此步驟電壓表的讀數(shù)記為U，則小燈泡的額定功率的表達式為2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$．．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，滑片P向左移時燈變亮說明接入電路中的電阻變小，即左下方接線柱必須接入電路中；
（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表示數(shù)為0，可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生了短路；
（3）由圖示圖象找出燈泡額定電壓2.5V對應的電流，由P=UI求出燈泡額定功率，然后由歐姆定律求出燈泡電阻；
（4）知道燈泡額定電壓和電阻，求出燈泡額定電流．滑動變阻器與燈泡串聯(lián)．根據(jù)測量電路電壓特點，求出燈泡正常工作時，滑動變阻器的電壓，求出滑動變阻器的電阻；
（5）為了電路安全，拆除電路時應先拆除電源；
（6）該題沒有給出電流表，所以應利用定值電阻R₀，由電壓表測出燈泡正常發(fā)光時定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算出電流值即可達到目的．由此設計實驗并解答．

解答 解：（1）根據(jù)滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，滑片P向左移時燈變亮說明接入電路中的電阻變小，即左下方接線柱必須接入電路中，如下圖所示：

（2）經(jīng)分析，如果實驗操作中出現(xiàn)：電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為0的現(xiàn)象，其故障可能是燈泡發(fā)生了短路，導致電壓表與導線并聯(lián)了；
（3）由圖象可知，燈泡額定電壓U=2.5V對應的電流是I=0.2A，
燈泡額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
因為I=$\frac{U}{R}$，所以燈泡電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
（4）燈泡正常工作時，
I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑動變阻器電壓為：U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動變阻器電阻為：R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
選擇滑動變阻器R₂；
（5）測量結束后，應先斷開開關，拆除電源兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材；
（6）②保持滑片位置不動，把電壓表再并聯(lián)在小燈泡和電阻R兩端，測得電壓表示數(shù)為U；
小燈泡的額定功率的表達式：P=UI=2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$．
故答案為：（1）如上圖；（2）燈泡短路；
（3）0.5； 12.5；（4）R₂；（5）電源；（6）保持滑片位置不動，把電壓表再并聯(lián)在小燈泡和電阻R兩端；2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$．

點評 本題考查了運用串聯(lián)電路的電流特點測小燈泡的額定功率．注意要調(diào)節(jié)滑動變阻器使燈的電壓達到額定電壓后，再去測量定值電阻兩端的電壓，才能求得燈的額定功率．