Question

19．一只小燈泡的額定電壓為2.5V，額定功率約為1W，為了測(cè)出小燈泡的額定功率設(shè)計(jì)的電路如圖甲所示．可選的器材有：
A、2V電源 B、6V電源 C、最大阻值5Ω的滑動(dòng)變阻器  D、最大阻值為15Ω的滑動(dòng)變阻器．

（1）完成下列問(wèn)題：
①實(shí)驗(yàn)的原理是P=UI，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的電源和滑動(dòng)變阻器分別是B，D（填字母）；
②請(qǐng)按照電路圖，以筆畫完成乙的實(shí)物連線；
③一位同學(xué)連接好電路閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，但電壓表有示數(shù)，可能的原因是燈泡斷路；
④另一位同學(xué)連接完電路好閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡特別亮，說(shuō)明他閉合開(kāi)關(guān)前變阻器的滑片沒(méi)有移到阻值最大處；
⑤第三位同學(xué)正確連接好電路閉合開(kāi)關(guān)后，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，使小燈泡剛好正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖丙所示，電流表的讀數(shù)為0.32A，小燈泡額定功率為0.8W．
（2）同學(xué)們又用此電路測(cè)量小燈泡的電阻．一位同學(xué)改變滑動(dòng)變阻器接入電路 的阻值，分別得到三組數(shù)據(jù)，算出三個(gè)電阻值，再求平均值．你認(rèn)為這樣做是不合理（選填“合理”或“不合理”）的原因是燈的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值，取平均值沒(méi)有意義．
（3）上述實(shí)驗(yàn)完成后，幾位同學(xué)又對(duì)自己進(jìn)行了挑戰(zhàn)，想利用一個(gè)電壓表測(cè)某未知電阻R_x的阻值，設(shè)計(jì)了如圖丁所示電路（R₀為已知阻值的定值電阻），他們利用此電路不能（填“能”或“不能”）測(cè)出R_x的阻值，因?yàn)殡妷罕聿荒芡瑫r(shí)測(cè)出兩電阻的電壓．

Answer 1

分析 （1）①測(cè)小燈泡的額定功率的實(shí)驗(yàn)原理為P=UI；根據(jù)P=UI的變形公式求出燈正常工作時(shí)的電流大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律求出變阻器連入電路的電阻大小，確定變阻器的規(guī)格；
②結(jié)合①確定電流表量程，電流表與燈串聯(lián)，電壓表與燈并聯(lián)，注意電表正負(fù)接線柱的接法，變阻器按一上一下的原則接入電路中；
③若電流表無(wú)示數(shù)，燈不亮，說(shuō)明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
④為保護(hù)電路，連接電路時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大；
⑤根據(jù)圖丙中電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（2）根據(jù)燈的電阻隨溫度的變化而變化分析；
（3）電壓表測(cè)電壓時(shí)，注意電流從電壓表正接線柱流入．

解答 解：（1）①測(cè)小燈泡的額定功率的實(shí)驗(yàn)原理為P=UI；
一只小燈泡的額定電壓為2.5V＞2V，故電源電壓選用6V；
燈泡的額定功率約為1W，燈正常工作時(shí)的電流：
I=$\frac{P}{U}=\frac{1W}{2.5V}$=0.4A；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常工作時(shí)變阻器分得的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V，則變阻器連入電路中的電阻
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.4A}$=8.75Ω，故選用最大阻值為15Ω的滑動(dòng)變阻器，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的電源和滑動(dòng)變阻器分別是B、D；
②由①燈正常工作時(shí)的電流，電流表選用小量程與燈串聯(lián)，電壓表選用小量程與燈并聯(lián)，注意電表正負(fù)接線柱的接法，變阻器按“一上一下”的原則接入電路中，如下圖所示：

③電流表無(wú)示數(shù)，燈不亮，說(shuō)明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
④另一位同學(xué)連接完電路好閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡特別亮，則說(shuō)明電路中電流過(guò)大，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電阻過(guò)小，說(shuō)明他閉合開(kāi)關(guān)前變阻器滑片沒(méi)有移到阻值最大處；
⑤第三位同學(xué)正確連接好電路閉合開(kāi)關(guān)后，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，使小燈泡剛好正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖丙所示，圖中電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流表的讀數(shù)為0.32A，
小燈泡額定功率為P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（2）燈的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值，取平均值沒(méi)有意義，因此，一位同學(xué)改變滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，分別得到三組數(shù)據(jù)，算出三個(gè)電阻值，再求平均值，這樣做不合理；
（3）如圖丁所示電路（R₀為已知阻值的定值電阻），
將S置于圖示位置，若能測(cè)量出定值電阻的電壓，則電壓表下邊接線柱為電壓表的正接線柱，上邊為電壓表負(fù)接線柱；當(dāng)S置于b時(shí)，電流從電壓表負(fù)接線柱流入了，不能測(cè)得待測(cè)電阻的電壓，故他們利用此電路不能測(cè)出R_x的阻值，因?yàn)殡妷罕聿荒芡瑫r(shí)測(cè)出兩電阻的電壓．
故答案為：
（1）①P=UI；B；D；②如上圖所示；③燈泡斷路；④變阻器的滑片沒(méi)有移到阻值最大處；⑤0.32；0.8；
（2）不合理；燈的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值，取平均值沒(méi)有意義；
（3）不能；電壓表不能同時(shí)測(cè)出兩電阻的電壓．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)小燈泡的額定功率，考查實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、電路的連接、故障的分析、注意事項(xiàng)、額定功率的計(jì)算、數(shù)據(jù)的處理、影響電阻的因素、及電壓表的正確使用，綜合性較強(qiáng)．