Question

11．測(cè)量小燈泡的額定電功率實(shí)驗(yàn)
Ⅰ．小組同學(xué)選擇以下器材：額定電壓為 2.5V 的小燈泡、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、電流表、電壓表各一個(gè)，新干電池 2 節(jié)，導(dǎo)線若干．設(shè)計(jì)甲、乙、丙三種實(shí)驗(yàn)電路圖．

①經(jīng)小組討論，甲圖無法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />②選擇正確電路圖連接電路，連接電路的時(shí)候，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片放置在a端．（填“a”或“b”）
③小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖1，小燈泡的額定電功率是0.5W．
Ⅱ．實(shí)驗(yàn)過程中，電流表?yè)p壞不能使用，小組增加一個(gè)定值電阻 R₀=5Ω，把開關(guān)換成單刀雙擲開關(guān)．設(shè)計(jì)了如圖丁的電路圖，測(cè)出了小燈泡的額定電功率．請(qǐng)你幫她完成實(shí) 驗(yàn)步驟并寫出測(cè)定額定功率的表達(dá)式．實(shí)驗(yàn)步驟：
①按圖連接電路；然后把開關(guān)打到觸點(diǎn)1，移動(dòng)滑片 P，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②把開關(guān)打到另一觸點(diǎn)前，應(yīng)該交換電壓表正負(fù)接線柱的連接，否則有損壞儀表的可能性．
③開關(guān)打到另一觸點(diǎn)時(shí)，電壓表示數(shù)為 0.3V，則小燈泡的額定功率 P_額=0.15W．
Ⅲ．若小組同學(xué)選擇以下器材：
額定電流為 0.3A 的小燈泡、滑動(dòng)變阻器、電流表各 1 個(gè)，開關(guān) 2 個(gè)，新干電池 2 節(jié)，導(dǎo)線若干．他根據(jù)如圖戊的電路圖測(cè)出了小燈泡的額定電功率．請(qǐng)你幫他完成實(shí)驗(yàn)步驟：
①按圖連接電路，然后只閉合開關(guān) S₁，移動(dòng)滑片 P，使電流表的示數(shù)為0.3A；
②再閉合開關(guān) S₂，滑片 P 位置不動(dòng)（動(dòng)/不動(dòng)），電流表示數(shù)為 0.5A；
③小燈泡的額定功率：P_額=0.36W．

Answer 1

分析 Ⅰ．①燈在額定電壓下正常發(fā)光，要測(cè)燈的額定功率，首先使燈正常發(fā)光，記下此時(shí)燈的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算燈的功率，據(jù)此分析；
②為保護(hù)電路，連接電路的時(shí)候，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片放置在阻值最大處；
③根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
Ⅱ①燈在額定電壓下正常發(fā)光，要測(cè)燈的額定功率，先使燈正常發(fā)光；
②注意電壓表正負(fù)接線柱的接法；
③根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路電流的規(guī)律求出燈的額定電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
Ⅲ．已知電源電壓和燈的額定電流，根據(jù)P_額=I_額²R_L若求出燈正常發(fā)光時(shí)的電阻即可，首先只閉合開關(guān) S₁，移動(dòng)滑片 P使燈正常發(fā)光；再閉合開關(guān) S₂，滑片 P 位置不動(dòng)，記下電流表的示數(shù)，在兩次操作中，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律同，由電源電壓不變，即可求出燈正常發(fā)光的電阻．

解答 解：Ⅰ．①甲圖中，電壓表測(cè)電源電壓，示數(shù)大小始終為3V，無法確定燈是否正常發(fā)光，故無法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />圖乙中，電壓表測(cè)變阻器的電壓，當(dāng)電壓表示數(shù)為：3V-2.5V=0.5V時(shí)，燈正常光，記下對(duì)應(yīng)的電流大小，可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />圖丙中，電壓表直接測(cè)燈的電壓，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)，記下對(duì)應(yīng)的電流大小，可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />故甲圖無法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />②選擇正確電路圖連接電路，連接電路的時(shí)候，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片放置在阻值最大處，即a端；
③小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖1所示，圖中電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，小燈泡的額定電功率是：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
Ⅱ①按圖連接電路；然后把開關(guān)打到觸點(diǎn)1，移動(dòng)滑片 P，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②在上面的操作過程中，電壓表上面的接線柱為正接線柱，下面為負(fù)接線柱，故把開關(guān)打到另一觸點(diǎn)前，應(yīng)該交換電壓表正負(fù)接線柱的連接，否則有損壞儀表的可能性；
③開關(guān)打到另一觸點(diǎn)時(shí)，電壓表示數(shù)為 0.3V，即定值電阻的電壓，因此時(shí)各電阻的大小和電壓不變，燈仍正常工作，根據(jù)歐姆定律規(guī)律，燈的額定電流：
I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$=$\frac{0.3V}{{R}_{0}}$=$\frac{0.3V}{5Ω}$=0.06A，則小燈泡的額定功率：
P_額=U_LI_L=2.5V×0.06A=0.15W；
Ⅲ①按圖連接電路，然后只閉合開關(guān) S₁，移動(dòng)滑片 P，使電流表的示數(shù)為0.3A；
②再閉合開關(guān) S₂，滑片 P 位置 不動(dòng)，電流表示數(shù)為 0.5A；
③在①中，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律：
R_L+R_滑=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω；
在②中，為變阻器的簡(jiǎn)單電路，由歐姆定律：
R_滑=$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{3V}{0.5A}$=6Ω；
由上面兩式可得：R_L=4Ω
小燈泡的額定功率：P_額=I_額²R_L=（0.3A）²×4Ω=0.36W．
故答案為：Ⅰ．①甲；②斷開；a；③0.5；Ⅱ．①1；2.5V；②交換電壓表正負(fù)接線柱的連接；③0.15；Ⅲ．①0.3；②不動(dòng)；③0.36．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定電功率，考查各種不同測(cè)量方案的分析及額定功率的計(jì)算和方案的設(shè)計(jì)，難度較大．