Question

17．在“測量小燈泡的電功率”實驗中，小燈泡上標有“2.5V”字樣．

（1）連接電路的過程中開關應斷開．請用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整．
（2）閉合開關后，他發(fā)現燈不亮，電壓表無示數，電流表有示數，則電路中出現的故障可能是燈泡短路了．
（3）某同學根據實驗測量得到的數據，畫出了如圖乙所示的 I-U圖象，則小燈泡的額定功率為0.5W．分析圖象不是直線的原因燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（4）完成上述實驗后，小聰向老師要了一個最大阻值為R₂的滑動變阻器，借助部分現有的實驗器材，設計了如圖丙所示的電路，也測出了小燈泡的額定功率．請寫出實驗步驟及額定功率的表達式．實驗步驟：①將R₂的滑片移至a端，調節(jié)R₁的滑片，使電壓表示數為2.5V；
②保持R₁的滑片位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出此時電壓表示數為U；．
額定功率的表達式P_額=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{2}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）連接電路的過程中開關應斷開；本實驗中電壓表應并聯(lián)在燈泡兩端；
（2）電流表有示數，說明電路是通路，燈泡不亮，可能是燈泡斷路和短路，電壓表無示數可能是與之并聯(lián)的部分短路，由此分析解答；
（3）根據圖丙找出額定電壓下對應的電流，根據P=UI求燈的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（4）由圖知，燈泡、滑動變阻器R₁、R₂串聯(lián)在電路中，并且R₂是以最大值接入電路的定值電阻，測出燈泡正常發(fā)光時燈與R₂的總電壓，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律得到此時燈泡電流，從而計算其額定功率．

解答 解：
（1）為了保護電路，連接電路的過程中開關應斷開；
本實驗中電壓表應并聯(lián)在燈泡兩端，因為燈泡額定電壓2.5V，所以電壓表使用0-3V量程，如圖所示：
；
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路；電流表有示數，說明電路是通路，而電壓表無示數，可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡短路了；
（3）根據圖乙，燈的額定電壓為2.5V時，對應的電流為0.2A，
則小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
燈泡的I-U圖象不是直線，說明電流與電壓不成正比，原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（4）實驗步驟：
①將R₂的滑片移至a端，調節(jié)R₁的滑片，使電壓表示數為2.5V；
②保持R₁的滑片位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出此時電壓表示數為U；
表達式的推導：
丙圖中，燈泡、R₁、R₂串聯(lián)在電路中，把電壓表看作斷路看作，R₂始終以最大阻值接入電路中；
根據實驗步驟可知，此時R₂兩端的電壓：U₂=U-2.5V，
電路中電流：I=I_L=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{2}}$，
所以小燈泡的額定功率：
P_額=U_額I=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{2}}$．
故答案為：（1）斷開；見上圖；
（2）燈泡短路了；
（3）0.5；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（4）①將R₂的滑片移至a端，調節(jié)R₁的滑片，使電壓表示數為2.5V；
②保持R₁的滑片位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出此時電壓表示數為U；
$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{2}}$．

點評 本題測量小燈泡額定功率的實驗，考查電路的連接、故障判斷、功率的計算、影響電阻大小的因素及特殊方法測電阻，綜合性較強．