Question

小張用電源（電壓未知）、一個(gè)阻值為40Ω的電阻、一個(gè)規(guī)格合適的滑動(dòng)變阻器、一只實(shí)驗(yàn)用電壓表、一個(gè)單刀雙擲開關(guān)和若干導(dǎo)線．設(shè)計(jì)了一個(gè)電路，測(cè)額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率．實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．
（1）小張連好電路就發(fā)現(xiàn)燈的亮度太大，是因?yàn)?!--BA-->

滑動(dòng)變阻器未處于最大值

．
（2）小張糾正了錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)燈不亮了，于是他移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，燈還是不亮，他將開關(guān)打到2位置時(shí)電壓表沒(méi)有示數(shù)，打到1位置時(shí)電壓表偏轉(zhuǎn)很大，則電路故障原因：

電阻R上出現(xiàn)開路

．
（3）將所有問(wèn)題解決了，小張首先將開關(guān)打到2位置，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，直至電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)改變電壓表量程并將開關(guān)打到1位置，電壓表偏轉(zhuǎn)程度恰與剛才相同，則燈泡的額定功率是多少？
（4）燈泡正常發(fā)光5分鐘，電阻R消耗了多少電能？

Answer 1

分析：（1）燈泡的亮度取決于燈泡的實(shí)際功率，連好電路發(fā)現(xiàn)燈的亮度太大，表明燈泡兩端的實(shí)際電壓高于額定電壓，根據(jù)電路的連接方式分析燈泡電壓會(huì)過(guò)大的原因．
（2）首先分析引起開關(guān)打到2位置時(shí)電壓表沒(méi)有示數(shù)和打到1位置時(shí)電壓表偏轉(zhuǎn)很大的各種電路故障情況，然后歸納即可．（3）根據(jù)開關(guān)打到2位置和打到1位置，電壓表偏轉(zhuǎn)程度相同，得出電壓表的示數(shù)，然后根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，再由P=UI求的額定功率．
（4）燈泡正常發(fā)光時(shí)，根據(jù)電阻R的電壓和電流值，利用W=UIt可求電阻R消耗電能．

解答：解：（1）燈泡過(guò)亮說(shuō)明燈泡兩端的電壓過(guò)大．電路中的電流過(guò)大，電阻過(guò)小，因此可能是滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值未處于最大值．
故答案為：滑動(dòng)變阻器未處于最大值．
（2）將開關(guān)打到2位置時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)，故障可能是：①電路中有開路的位置；②燈泡和電壓表被短路；
開關(guān)打到1位置時(shí)，電壓表偏轉(zhuǎn)很大，說(shuō)明電壓表可能測(cè)量了電源電壓，且與電壓表串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器是連通的，因電壓表與串聯(lián)后的電阻和燈泡是并聯(lián)的，則電路故障是：電阻和燈泡的串聯(lián)部分電路出現(xiàn)開路地方；
綜上所述可知，電路故障原因是：電阻R上出現(xiàn)開路．
故答案為：電阻R上出現(xiàn)開路．
（3）將開關(guān)打到2位置，電壓表示數(shù)為2.5V，開關(guān)打到1位置，電壓表偏轉(zhuǎn)程度恰與開關(guān)打到2位置時(shí)相同，則電壓表的量程是大量程15V，示數(shù)為12.5V．
則U_R=U-U_L=12.5V-2.5V=10V，
∴I=

UR

R

=

10V

40Ω

=0.25A，
∴P_額=P_實(shí)=U_LI=2.5V×0.25A=0.625W．
答：燈泡的額定功率是0.625W．
（4）燈泡正常發(fā)光時(shí)，電阻R消耗的電能：
W_R=U_RIt=10V×0.25A×5×60s=750J．
答：電阻R消耗的電能為750J．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了電路故障的分析，能利用串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律解答即可，但正確分析理解電壓表有示數(shù)和示數(shù)很大，是解答本題第二問(wèn)的關(guān)鍵．