Question

6．在一次測量小燈泡額定功率的實驗中，所用電源由兩節(jié)新干電池串聯(lián)組成，小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣．聰明而粗心的小剛連接了如圖甲所示的電路．
（1）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(zhuǎn)，在圖甲電路中只改變了某根導(dǎo)線一端的接點位置，電路就能測量小燈泡額定功率．請在圖甲中需要改動的那條導(dǎo)線上打“×”，并畫出小剛改動的導(dǎo)線．
（2）待改接好電路后，閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)移到最右端（選填“左”或“右”）；
在實驗時，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使小燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W
（3）小明同學(xué)繼續(xù)移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I-U關(guān)系圖象，根據(jù)圖象可知：小燈泡的實際功率隨實際電壓的增大而增大．
（4）小姚設(shè)計了另一種實驗方案如圖丁所示（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）
①開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
②開關(guān)S拔到位置2，保持滑動變阻器的滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂，則燈泡的電阻R_L=$\frac{I{R}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請你用R、I₁、I₂表示），再根據(jù)P額=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{L}}$，計算燈泡的額定功率．
他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大，原因是燈絲電阻與溫度有關(guān)．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟①改為：開關(guān)S拔到位置1，移動滑片使電流表的示數(shù)為$\frac{2.5V}{R}$．

Answer 1

分析 （1）測量小燈泡額定功率的實驗中，電壓表應(yīng)與燈并聯(lián)，電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，據(jù)此修改電路；
（2）連接電路時，變阻器連入電路中的電阻最大；
燈在額定電壓下才正常發(fā)光，根據(jù)圖乙電流表小量程讀數(shù)，由P=UI求燈的額定功率；
（3）由圖丙，根據(jù)通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI確定小燈泡的實際功率隨實際電壓的變化情況；
（4）根據(jù)開關(guān)S拔到位置1和開關(guān)S拔到位置2時，電路中三個用元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，各用電器的電阻沒有改變，根據(jù)分壓原理，各用電器的電壓沒有改變，根據(jù)歐姆定律，所以在開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，通過R的電流始終保持不變；
S拔到位置1時，根據(jù)歐姆定律，可得燈泡兩端電壓U=I₁R，S拔到位置2時，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可得，通過燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻；
因燈泡只有在額定電壓下正常發(fā)光時的功率為額定功率；還要考慮燈絲的電阻隨溫度的改變而改變．

解答 解：（1）測量小燈泡額定功率的實驗中，電壓表應(yīng)與燈并聯(lián)，電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，將連接燈的右接線柱與變阻器金屬桿的左接線柱間的連線去掉，將為燈的右接線柱與電壓表的負(fù)接線柱連接起來，如下所示：

（2）連接電路時，變阻器連入電路中的電阻最大，即滑片移動到右端；
燈在額定電壓下才正常發(fā)光，此時燈的電壓為2.5V；
圖乙電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，
燈的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（3）由圖丙可知，通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI知，小燈泡的實際功率隨實際電壓的增大而增大；
（4）在①中，電流表測通過R的電流，R與燈并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律，定值電阻的兩端電壓U=I₁R，
因燈與R并聯(lián)，所以燈的電壓為I₁R，
而開關(guān)S由位置1拔到位置2時，電路中三個元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，所以此時燈泡兩端電壓仍然為U，只是電流表測R與燈的總電流；因L與R并聯(lián)，通過R的電流保持不變，
根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過燈的電流I=I₂-I₁；
則燈泡電阻R_L=$\frac{I{R}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
由于電流的熱效應(yīng)，當(dāng)燈泡發(fā)光時，燈絲的電阻會隨溫度升高而變大；當(dāng)燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時，求出的電阻就不等于其正常發(fā)光時電阻，從而求出的功率就不是額定功率；
所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{2.5V}{R}$，此時R的電壓為2.5V，燈電壓為為2.5V，燈才能正常發(fā)光．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）右；  0.75；（3）增大；（4）②R_L=$\frac{I{R}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；燈絲電阻與溫度有關(guān)；移動滑片使電流表的示數(shù)為$\frac{2.5V}{R}$．

點評 本題測量小燈泡額定功率，考查常見錯誤現(xiàn)象的分析、操作過程、影響電阻的因素及在沒有電壓表的情況下設(shè)計實驗方案測額定功率的能力，綜合性強，難度較大．