Question

10．小慶同學(xué)想測(cè)定小燈泡的額定功率，他選用了以下器材：標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡（正常工作電流約0.3A），電源為6V且不變，量程為“0～0.6A”與“0～3A”的電流表，量程為“0～3V”與“0～15V”的電壓表，開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線若干，以及三種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器（分別標(biāo)有“10Ω 1A”、“20Ω 0.5A”、“50Ω 0.2A”字樣）．

（1）通過(guò)估算，小慶同學(xué)應(yīng)選擇標(biāo)有“20Ω 0.5A”字樣的滑動(dòng)變阻器；
（2）請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將實(shí)物電路圖連接完整；
（3）連接好電路后，閉合開(kāi)關(guān)，小慶同學(xué)發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，小燈泡都不發(fā)光，此時(shí)電壓表示數(shù)為零，但電流表有示數(shù)，則故障為B；
A．燈泡斷路         B．燈泡短路       C．變阻器斷路        D．變阻器短路
（4）排除故障后，閉合開(kāi)關(guān)，電壓表示數(shù)為1.8V，此時(shí)應(yīng)將滑片P向B（選填“A”或“B”）端移動(dòng)到合適位置，讀出電流表示數(shù)，即可算出額定功率．老師告訴小慶，電壓表工作時(shí)內(nèi)部其實(shí)有微弱的電流流過(guò)，由此可知所測(cè)額定功率偏大（選填“大”或“小”）．
（5）同組的小佳同學(xué)打算只利用一只電表和增加一個(gè)阻值為10Ω的電阻R₀，來(lái)測(cè)量小燈泡的額定功率．她設(shè)計(jì)了甲、乙兩種不同方案的電路圖，以下判斷正確的是B
A．兩種方案都能              B．兩種方案都不能
C．丙方案能，丁方案不能      D．丙方案不能，丁方案能．

Answer 1

分析 （1）由串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，然后根據(jù)該阻值選擇滑動(dòng)變阻器；
（2）由電路圖可知，滑動(dòng)變阻器、燈泡、電流表組成一個(gè)串聯(lián)電路，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，由此連接電路；
（3）電流表有示數(shù)，則電路沒(méi)有斷路，電壓表無(wú)示數(shù)，燈泡也不發(fā)光，可能燈泡短路；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，比較實(shí)際通過(guò)燈的電流與電流表示數(shù)的大小，確定所測(cè)額定功率的變化情況；
（5）開(kāi)關(guān)S接“a”、”b”各一次，根據(jù)電路圖，確定能否使小燈泡正常發(fā)光，若不能，則無(wú)法測(cè)量小燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
因?yàn)镮=$\frac{U}{R}$，所以此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3A}$≈11.7Ω，
燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流約為0.3A，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選：“20Ω 0.5A”；
（2）由電路圖知，滑動(dòng)變阻器、燈泡、電流表組成一個(gè)串聯(lián)電路，滑動(dòng)變阻器一上一下接入電路．如圖所示：

（3）電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明燈泡兩端無(wú)電壓，燈泡也不發(fā)光，電流表有示數(shù)，則可能與電壓表并聯(lián)的燈泡短路造成，故選B；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，排除電路故障后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P到某位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為1.8V小于燈的額定電壓，若想測(cè)量小燈泡的額定功率應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，應(yīng)將滑片P向B端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
通過(guò)燈的電流為I_L，電壓表工作時(shí)，其實(shí)內(nèi)部有微弱電流I_V通過(guò)，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，電流表的示數(shù)I=I_L+I_V，測(cè)量時(shí)，小燈泡的額定電功率P_L=U_L×I，而燈正常發(fā)光時(shí)的實(shí)際功率P=U_L×I_L，所以，P_L＞P，即所測(cè)量的額定功率偏大；
（5）圖甲中，無(wú)論S接a還是接b都無(wú)法得知小燈泡是否正常發(fā)光，甲方案不能測(cè)定小燈泡的額定電功率；
乙方案中，R₀、小燈泡、變阻器三者串聯(lián)，S接a時(shí)，電壓表測(cè)定值電阻的電壓，S接b時(shí)測(cè)燈和定值電阻的總電壓，都無(wú)法確定小燈泡是否正常發(fā)光，乙方案不能測(cè)定小燈泡的額定電功率．所以，兩種方案都不能測(cè)出小燈泡的額定功率．
故選B．
故答案為：（1）“20Ω 0.5A”；     （2）如上圖；（3）B；（4）B；  大；（5）B．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)小燈泡的功率，涉及電路的連接、實(shí)驗(yàn)的過(guò)程等，電功率大小的比較，考查特殊情況下測(cè)額定功率方案設(shè)計(jì)，綜合性強(qiáng)，難度較大．