Question

20．在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖甲所示．圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“2.5V 字樣”．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光，電流表指示正常，電壓表示數(shù)為0，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是電壓表斷路．
（3）故障排除后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片到某一位置時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為了測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片向右（填“左”或“右”）端移動(dòng)，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)是0.28A，則小燈泡的額定功率為0.7W．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，于是向老師要了一個(gè)阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和兩個(gè)開(kāi)關(guān)，借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟．（用相應(yīng)的符號(hào)表示測(cè)出的物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=2.5V×$\frac{{U}_{LR}-2.5V}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表量程，將電壓表并聯(lián)在燈的兩端；
（2）在判斷故障時(shí)，電壓表的示數(shù)的變化很關(guān)鍵，若電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源是連通的，若無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源之間有斷路；
（3）根據(jù)電壓表小量程讀數(shù)，比較電壓表示數(shù)大小與額定電壓的大小，根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)P_額=U_額I求燈的額定功率；
（4）首先通過(guò)移動(dòng)滑片使燈兩端的電壓為2.5V，使燈正常工作，所以應(yīng)將電壓表與燈并聯(lián)；因沒(méi)有電流表，所以電壓表和定值電阻應(yīng)起到電流表的作用，在保持滑片位置不變的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換測(cè)算出定值電阻的電壓，即可求出通過(guò)定值電阻的電流大小；將燈與定值電阻串聯(lián)，燈正常工作時(shí)，通過(guò)定值電阻的電流大小就等于燈的電流；根據(jù)P_額=U_額I求出燈的額定功率．

解答 解：（1）燈的額定電壓為2.5V，所以電壓表選用小量程，將燈串聯(lián)在電路中，電壓表并聯(lián)在燈的兩端，如圖所示；

（2）燈泡發(fā)光，電流表指示正常，說(shuō)明電路是通路；電壓表示數(shù)為0，則故障的原因可能是電壓表斷路了；
（3）電壓表小量程分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓，要使燈正常工作，需要增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，就要減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向右移動(dòng)；
燈的額定電壓為2.5V，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)是0.28A，燈的額定功率
P_額=U_額I_額=2.5V×0.28A=0.7W；
（4）①按上面的分析連接電路，如下圖所示：


②只閉合S₁、S₃，移動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為2.5V；
保持滑片的位置不動(dòng)，斷開(kāi)S₃，閉合S₂，記下電壓表的示數(shù)U_LR；
③在上面的操作中，當(dāng)燈正常發(fā)光后，滑片的位置不動(dòng)，開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換沒(méi)有引起電路連接關(guān)系的改變，各用電器兩端的電壓不變，所以，定值電阻R0兩端的電壓為
U₀=U_IR-2.5V，通過(guò)其的電流大小I=$\frac{{U}_{LR}-2.5V}{{R}_{0}}$，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，通過(guò)燈的電流大小為I=$\frac{{U}_{LR}-2.5V}{{R}_{0}}$，所以，燈的額定功率P=UI=2.5V×$\frac{{U}_{LR}-2.5V}{{R}_{0}}$
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）電壓表斷路；
（3）右；0.7；
（4）①如上圖所示；
②只閉合S₁、S₃，移動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為2.5V；
保持滑片的位置不動(dòng)，斷開(kāi)S₃，閉合S₂，記下電壓表的示數(shù)U_LR；
③2.5V×$\frac{{U}_{LR}-2.5V}{{R}_{0}}$

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定功率，考查電路的連接、故障的分析、操作的過(guò)程、功率的計(jì)算及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性較強(qiáng)，有一定難度．