Question

16．小明和小華測(cè)量定額電壓為2.5V的小燈泡的額定功率

（1）①圖甲是他們連接的部分電路請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線將電路連接完整．
②閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器處在最左（填寫“左”或“右”）端．
③閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，燈泡都不亮，電壓表和電流表均無示數(shù)，小明找來一根完好的導(dǎo)線，一端連在電源負(fù)極，另一端觸碰接線柱A、B、C，當(dāng)發(fā)現(xiàn)只有觸碰接線柱C時(shí)，燈泡才發(fā)光，若電路中只有一處故障，且各器材，導(dǎo)線均完好，則電路故障可能是變阻器斷路．
④排除故障后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表為2.5V時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W．
（2）小明和小華觀察電流表和電壓表均標(biāo)有電阻值，請(qǐng)教老師后得知這是電表的電阻，為了在接好的圖甲中較準(zhǔn)確的測(cè)量出小燈泡的電功率，他們對(duì)電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接在C處還是D處進(jìn)行了探究，他們將開關(guān)閉合，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使燈泡發(fā)光，不添加器材，請(qǐng)你說出接下來的操作及判斷方法．
①操作分別將電壓表的負(fù)接線柱接在C處和D處，分別記下電壓表的示數(shù)和電流表的示數(shù)U_C、I_C，U_D、I_D滑片，比較$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$與$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$ 的大��；
②如何判斷：若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＞$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電流表的分壓較電壓表的分流作用大，為避免電流表分得的電壓對(duì)電壓表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接D處；
若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＜$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電壓表的分流較電流表的分壓作用大，為避免電壓表的分流對(duì)電流表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接C；．
（3）小明和小華重新設(shè)計(jì)了一種測(cè)量小燈泡額定功率的電路，如圖丙所示，電源電壓保持3.5V不變，R₀為阻值為10Ω的定值電阻，連接好電路后進(jìn)行如下操作：
（1）斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S和、S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V；
（2）保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不變，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，讀出電壓表示數(shù)為2.6V；
小燈泡的額電功率為0.72W（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表量程與燈并聯(lián)；
②閉合閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器處在阻值最大處；
③發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，燈泡都不亮，電壓表和電流表均無示數(shù)，說明電路斷路；找來一根完好的導(dǎo)線一端連在電源負(fù)極，另一端觸碰接線柱A、B、C，當(dāng)發(fā)現(xiàn)只有觸碰接線柱C時(shí)，燈泡才發(fā)光，說明ABC處有斷路；
④根據(jù)圖乙電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（2）①分析分別將電壓表的負(fù)接線柱接在C處和D處時(shí)，電流表和電壓表對(duì)測(cè)量燈的電流和電壓的影響，確定通過比較$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$和$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$大小關(guān)系，確定是電壓表還是電流表對(duì)測(cè)量的影響大；
②若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＞$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電流表的分壓較電壓表的分流作用大，為避免電流表分得的電壓對(duì)電壓表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接D處；
若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＜$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電壓表的分流較電流表的分壓作用大，為避免電壓表的分流對(duì)電流表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接C；
（3）根據(jù)變阻器連入電路中電阻大小不變，由第2次操作，由串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律可求變阻器連入電路 中的電阻大小，在第1次操作中，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律，求出通過變阻器的電流即燈的額定電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率．

解答 解：（1）①因燈的電壓為2.5V，電壓表選用小量程與燈并聯(lián)，如下所示：

②閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器處在阻值最大處即最左端．
③閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，燈泡都不亮，電壓表和電流表均無示數(shù)，說明電路斷路；小明找來一根完好的導(dǎo)線，一端連在電源負(fù)極，當(dāng)發(fā)現(xiàn)只有觸碰接線柱C時(shí)，燈泡才發(fā)光，說明電源負(fù)極與C間發(fā)生斷路，若電路中只有一處故障，則電路故障可能是變阻器斷路；
④移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表為2.5V時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，圖中電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，則小燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（2）在（1）①圖中，分別將電壓表的負(fù)接線柱接在C處和D處，分別記下電壓表的示數(shù)和電流表的示數(shù)U_C、I_C，U_D、I_D滑片，接到C時(shí)，電流表測(cè)量的電流大小等于通過燈的電流，而電壓表測(cè)燈與電流表串聯(lián)的電壓；
接到D時(shí)，電壓表測(cè)燈的電壓是準(zhǔn)確的，而電流表測(cè)通過電壓表與燈的總電流；
②若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＞$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電流表的分壓較電壓表的分流作用大，為避免電流表分得的電壓對(duì)電壓表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接D處；
若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＜$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電壓表的分流較電流表的分壓作用大，為避免電壓表的分流對(duì)電流表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接C；
（3）在上面的第2次操作中，保持持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不變，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，讀出電壓表示數(shù)為2.6V；此時(shí)定值電阻與變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律，變阻器的電壓U_滑=3.5V-2.6V=0.9V，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{0}}=\frac{{R}_{滑}}{{R}_{0}}$，即$\frac{0.9V}{2.6V}=\frac{{R}_{滑}}{10Ω}$，R_滑=$\frac{90}{26}$Ω；
故在第1次操作中，由串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律，通過變阻器的電流即燈的額定電流：
I_L=$\frac{U{-U}_{L}}{{R}_{滑}}=\frac{3.5V-2.5V}{\frac{90}{26}Ω}$=$\frac{26}{90}$A；
故燈的額定功率：P_L=U_LI_L=2.5V×$\frac{26}{90}$A≈0.72W．
故答案為：（1）①如上所示；②左；③變阻器斷路；④0.75；
（2）①分別將電壓表的負(fù)接線柱接在C處和D處，分別記下電壓表的示數(shù)和電流表的示數(shù)U_C、I_C，U_D、I_D滑片，比較$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$與$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$ 的大小；
②若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＞$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電流表的分壓較電壓表的分流作用大，為避免電流表分得的電壓對(duì)電壓表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接D處；
若$\frac{{U}_{C}}{{U}_{D}}$＜$\frac{{I}_{D}}{{I}_{C}}$，說明電壓表的分流較電流表的分壓作用大，為避免電壓表的分流對(duì)電流表測(cè)量的影響，要將電壓表的負(fù)接線柱應(yīng)該接C；
（3）0.72．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量定額電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，考查電路的連接、故障的分析及對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析及設(shè)計(jì)方案的能力，難度較大．