Question

2．小明學習了電功率后，用額定電壓分別為2.5V、6V的燈泡L₁和L₂設(shè)計了如圖1所示的電路圖，來探究燈泡的發(fā)光亮度與哪些因素有關(guān)．

（1）探究L₁的亮度時，只閉合S、S₁，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則電路故障可能是：燈泡短路．排除故障后，繼續(xù)實驗，收集的數(shù)據(jù)及現(xiàn)象如表一．
表一

	電壓/V	電流/A	電功率/W	亮度
1	1	0.16	0.16	暗
2	1.5	0.22	0.33	較亮
3	2.5	0.28	0.70	亮

（2）探究L₂的亮度時，只閉合S、S₂，進行實驗，收集的數(shù)據(jù)及現(xiàn)象如表二．
表二

	電壓/V	電流/A	電功率/W	亮度
4	1	0.28	0.28	很暗
5	2.5	0.38	0.95	暗
6	6	0.72	4.32	很亮

分析兩表可知，同一規(guī)格的小燈泡發(fā)光亮度取決于實際電功率，不同規(guī)格的小燈泡發(fā)光亮度還應(yīng)與電能轉(zhuǎn)化為光能的轉(zhuǎn)化效率有關(guān)．
（3）完成探究后，小明用直流電源、電流表、滑動變阻器、電阻箱（）各1個，2個開關(guān)S₁、S₂及若干條導(dǎo)線，對額定電流為0.2A的小燈泡的額定功率進行了測定．請在圖2虛線框內(nèi)畫出他設(shè)計的電路圖，并寫出實驗步驟及測定額定功率的表達式．
實驗步驟：①根據(jù)電路圖連接實物電路圖．
②只閉合S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.2A；
③斷開S₁，閉合S₂，滑片不動，調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表示數(shù)為0.2A時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R．
表達式：P_額=（0.2A）²R．

Answer 1

分析 （1）電學中常見故障有：斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；
（2）同一燈泡的亮度與燈泡的實際功率有關(guān)，不同燈泡的亮度與燈泡把電能轉(zhuǎn)化為光能的效率有關(guān)；
（3）測燈泡額定功率需要測出燈泡的額定電流與額定電壓，現(xiàn)在只有電流表而沒有電壓表，可以把燈泡與電阻箱并聯(lián)，測出當燈泡正常發(fā)光時通過電阻箱的電流，讀出電阻箱的阻值，由歐姆定律、并聯(lián)電路特點、等效替代法（電流表與電阻串聯(lián)可等效于一個電壓表）求出燈泡正常發(fā)光時的電壓，然后由電功率公式求出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）由電路圖可知，只閉合S、S₁，電源、電流表、燈L₁、滑動變阻器組成簡單電路；電流表有示數(shù)，說明電路是通路，電壓表無示數(shù)，電壓表測量導(dǎo)線電壓，說明電壓表被短路，此時與電壓表并聯(lián)的燈泡也被短路；
（2）由表中實驗數(shù)據(jù)可知：同一規(guī)格的小燈泡發(fā)光亮度與實際功率有關(guān)；不同規(guī)格的小燈泡發(fā)光亮度還應(yīng)與電能轉(zhuǎn)化為光能的轉(zhuǎn)化效率有關(guān)；
（3）只有電流表而沒有電壓表測燈泡額定功率的實驗電路圖如圖所示：

實驗步驟：①根據(jù)電路圖連接實物電路圖；
②只閉合S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.2A；
③斷開S₁，閉合S₂，滑片不動，調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表示數(shù)為0.2A時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
則燈泡的額定功率P_額=I_額U_額=0.2A×（0.2A×R）=（0.2A）²R．
故答案為：（1）燈泡短路；（2）實際電功率； 電能轉(zhuǎn)化為光能；
（3）電路圖見上圖；
實驗步驟：①根據(jù)電路圖連接實物電路圖；
②只閉合S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.2A；
③斷開S₁，閉合S₂，滑片不動，調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表示數(shù)為0.2A時，讀出電阻箱連入電路中的電阻為R；
則燈泡的額定功率表達式：P_額=I_額U_額=0.2A×（0.2A×R）=（0.2A）²R．

點評 本題考查了電路故障分析、能量的轉(zhuǎn)化、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗設(shè)計等問題，熟知小燈泡的亮度隨著實際電功率而改變．最后設(shè)計實驗是本題的難點，應(yīng)用等效替代法測出燈泡正常發(fā)光時的電壓，然后應(yīng)用電功率公式即可求出燈泡額定功率，知道實驗的實驗原理是正確解題的關(guān)鍵．