Question

2．如圖甲所示，是小明做“測量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)裝置．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓恒為6V）、小燈泡（額定電壓為2.5V，燈絲電阻約為10Ω）、電流表、電壓表、開關(guān)各一個(gè)、規(guī)格為“50Ω 0.5A”的滑動(dòng)變阻器R′一個(gè)、導(dǎo)線若干．

（1）請(qǐng)將圖甲中的電壓表正確連接到電路中（導(dǎo)線不能交叉）．
（2）正確連線后，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于A端，目的是為了保護(hù)電路．
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針幾乎不動(dòng)，電壓表指示超過量程，則原因可能是燈泡斷路．
（4）排除故障后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某一位置時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為2V；若他想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向B（選填“A”或“B”）端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（5）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的U-I圖象，根據(jù)圖象信息，計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.625W．
（6）分析圖丙還發(fā)現(xiàn)燈泡電阻是變化的，其原因是燈絲的電阻受溫度的影響．
（7）在沒有電壓表、只有電流表的情況下，小明增加了一只10Ω的定值電阻R，并利用原有器材，也測出了額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．步驟如下：
①按照如圖丁所示的電路圖正確連接實(shí)物電路；
②閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.25A時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
③斷開開關(guān)，保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不變，將電流表改接在燈泡所在支路中，再閉合開關(guān)，讀出電流表示數(shù)I（忽略電流表內(nèi)阻的影響）；
④小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=U_額I（或2.5VI）．

Answer 1

分析 （1）將電壓表并聯(lián)在燈的兩端
（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于阻值最大處；
（3）小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說明與電壓表與電源是連通；則與電壓表并聯(lián)的燈之外的電路是連通的，則與電壓表并聯(lián)的燈斷路了；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，根據(jù)圖中電壓表小量程讀數(shù)，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動(dòng)的方向；
（5）由圖乙，根據(jù)額定電壓電壓下對(duì)應(yīng)的電流大小，求小燈泡的額定功率P_額=U_額I；
（6）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（7）在沒有電壓表的情況下，定值電阻R和電流表相當(dāng)于電壓表；將電流表與R串聯(lián)，再與燈并聯(lián)，首先使通過R的電流為0.25A，由歐姆定律和并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常發(fā)光，
保持滑片的位置不變，將電流表與燈串聯(lián)，因電路的連接沒有改變，各元件兩端的電壓不變，讀出電流表示數(shù)即燈正常發(fā)光的電流，根據(jù)P_額=U_額I求小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）將電壓表并聯(lián)在燈的兩端，如下所示：

（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于阻值最大處，即A端；
（3）經(jīng)分析，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針幾乎不動(dòng)，電壓表指示超過量程，則原因可能是：燈泡斷路；
（4）排除故障后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某一位置時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，圖中電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2V；
燈在額定電壓下正常發(fā)光，小于燈的額定電壓2.5V，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為額定電壓；
（5）由圖丙知，當(dāng)燈電壓為2.5V時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為0.25A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
（6）分析圖丙還發(fā)現(xiàn)燈泡電阻是變化的，其原因是燈絲的電阻受溫度的影響；
（7）②小紅增加了一只10Ω的定值電阻R，因當(dāng)電流表示數(shù)為I=$\frac{{U}_{L}}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A時(shí)，R兩端的電壓一定為2.5V，
根據(jù)并聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，燈的電壓為2.5V，燈一定正常發(fā)光，所以，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.25A時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
③斷開開關(guān)，保持變阻器滑片P的位置或變阻器接入電路的阻值不變，將電流表改接在所在燈支路中，此時(shí)電路的連接關(guān)系沒有改變，只是電流表由原來測通過R的電流變?yōu)闇y通過燈的電流I，R與燈兩端的電壓與變阻器的電壓均保持不變，燈仍正常發(fā)光，通過燈的電流I即為燈正常發(fā)光時(shí)的電流大��；
④小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=U_額I（或2.5V×I）．
故答案為：
（1）如上所示；（2）為了保護(hù)電路；（3）燈泡斷路；（4）2；B；（5）0.625；（6）溫度；（7）②0.25；③滑動(dòng)變阻器滑片P的位置（或滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值）；④U_額I（或2.5VI）．

點(diǎn)評(píng) 本題測量小燈泡電功率，考查器材的選擇、常見故障的分析、影響電阻大小的因素等知識(shí)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，有一定難度．