Question

8．小明用圖1所示電路來測量小燈泡的電功率（部分實驗器材的規(guī)格已標(biāo)明）．

（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線將圖1中滑動變阻器連入電路，使之接入電路的阻值最大；
（2）實驗中，小明發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，兩電表指針始終處于圖2所示位置，則在③④和③⑥及⑤⑦之間，有導(dǎo)線③⑥出現(xiàn)了斷路（選填“短路”或“斷路”）；
（3）故障排除后，小明從滑動變阻器接入電路阻值最大時開始記錄數(shù)據(jù)，得到小燈泡U-I圖如圖3所示．則小燈泡的額定功率是0.75W，所用滑動變阻器的規(guī)格是下列四個選項中的C（選填選項前字母）
A．“10Ω，2A”B．“20Ω，2A”C．“25Ω，2A”D．“30Ω，2A”
（4）若實驗中電流表壞了，為了測量小燈泡的額定功率，小明選用一個R₀=5Ω的電阻，設(shè)計了如圖4電路及實驗方案：
①調(diào)節(jié)滑片使電壓表的示數(shù)為額定電壓；
②保持滑片位置不變，只將電壓表的a點接線改接到c點，測出R₀兩端的電壓U₀，通過計算得到小燈泡的額定功率．
指出他的設(shè)計方案中存在的兩個問題：
問題一：無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；
問題二：只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負(fù)接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器串聯(lián)在電路中，且要接一上一下；
（2）電流表無示數(shù)，則電路斷路，電壓表等于電源電壓，則與電壓表并聯(lián)的電路斷路；
（3）根據(jù)圖1確定燈泡的額定電壓，由圖3確定額定電流，根據(jù)P=UI計算出額定功率；
根據(jù)圖象確定變阻器最大時，其兩端的電壓和電路中的電流值，根據(jù)歐姆定律計算出變阻器的最大阻值；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路的特點分析燈泡是否能夠正常發(fā)光；
電壓表并聯(lián)在電路中，電流應(yīng)由正接線柱流入，負(fù)接線柱流出．

解答 解：（1）由圖1知，變阻器滑片在最右端，要使其阻值最大，下面應(yīng)接左邊的接線柱，如圖所示：

（2）由圖2知，電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)約等于電源電壓，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生了斷路現(xiàn)象，即③⑥之間發(fā)生了斷路；
（3）由圖1知，燈泡的額定電壓為2.5V，由圖3知，當(dāng)U=2.5V時，I=0.3A，則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由圖象知，當(dāng)燈泡兩端電壓最小時，變阻器的阻值最大，可知此時U_滑=3V-0.5V=2.5V；
此時電路中的電流為0.1A，則滑動變阻器的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.1A}$=25Ω，所以滑動變阻器的規(guī)格是“25Ω，2A”，C正確；
（4）由題意知，電源電壓約為3V，燈泡正常發(fā)光時電阻約為R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8Ω，當(dāng)變阻器電阻為零時，設(shè)燈泡兩端的電壓為U′，根據(jù)串聯(lián)電路的特點：$\frac{U′}{{R}_{L}}$=$\frac{3V-U′}{{R}_{0}}$，
即$\frac{U′}{8Ω}$=$\frac{3V-U′}{5Ω}$，
解得：U′≈1.8V，所以無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；
保持滑片位置不變，只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負(fù)接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．
故答案為：（1）如上圖；（2）③⑥；斷路；（3）0.75；C；（4）無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負(fù)接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．

點評 本題是測量小燈泡的額定功率實驗，考查了電路的連接、電路故障的分析、電流表的讀數(shù)及電功率的計算，同時考查了對實驗設(shè)計的分析，關(guān)鍵掌握測量的原理及電表的使用方法．