Question

15．測定“小燈泡的額定功率”．提供的器材：一個電壓表，一個電流表，導線若干，三個開關，電壓恒為3V的電源，一個標有“10Ω 1.5A”的滑動變阻器和額定電壓為2.5V的小燈泡．

（1）請用筆畫線代替導線，將圖甲的實物電路連接完整（連線不得交叉）；
（2）開關閉合后，滑片P應滑至A端（選填“A“或“B“）．
（3）小明連接好電路后，閉合開關，移動滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表實數(shù)變化明顯，燈泡不亮，電壓表始終無示數(shù)，可以確定電路故障為燈泡被短路；
（4）排除故障后，小明調(diào)節(jié)滑動變阻器，當小燈泡兩端電壓為2.5V時，電流表示數(shù)如圖乙所示，小燈泡的額定功率為0.7W；
拓展應用：若電流表損壞，小明找到2個定值電阻，小明選取了其中一個，連入電路中，完成了小燈泡額定功率的測量．
①應選取哪個定值電阻R₁（阻值分別為R₁=1Ω，R₂=10Ω）；
②請在如圖虛線框內(nèi)畫出實驗設計的電路圖．

Answer 1

分析 （1）燈泡、電流表、滑動變阻器串聯(lián)，電流表測量總電流，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表選擇的量程；
（2）連接電路時，為了避免電路元件受損，開關要斷開，應將滑動變阻器調(diào)到最大阻值；
（3）閉合開關后，發(fā)現(xiàn)電流表有讀數(shù)，說明電路為通路；當移動滑動變阻器滑片時電流表讀數(shù)有變化，電壓表讀數(shù)始終為零，說明電壓表測量的用電器發(fā)生短路；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值確定電表的示數(shù)，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
沒有電流表，利用電壓表和定值電阻，一般設計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出被測電阻．由此分析選取的定值電阻、設計電路．

解答 解：（1）測小燈泡的額定功率的實驗中滑動變阻器應一上一下串聯(lián)入電路中，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，已知額定電壓為2.5V的小燈泡，所以電壓表選擇0～3V量程；如圖所示：
；
（2）為了保護電路，滑動變阻器的滑片應滑至電阻最大處，由實物圖可知應將滑片滑至A端；
（3）移動滑片，電流表示數(shù)變化，說明電路是通路，移動滑片電壓表示數(shù)始終為零，故障原因是燈泡被短路；
（4）由圖乙電流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，小燈泡的電壓2.5V時正常發(fā)光，此時電流表示數(shù)為0.28A，因此小燈泡的額定功率是P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；
將R與燈泡串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，電路圖如圖所示：

步驟為：①按電路圖連好電路；
②閉合開關S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P使電壓表示數(shù)為2.5V；
③保持滑動變阻器滑片不動，將電壓表與定值電阻R和燈泡并聯(lián)，讀出此時定值電阻兩端的電壓U₀；
電路中的電流為I=$\frac{{U}_{0}-2.5V}{R}$，
則燈泡的額定功率P=U_額定I=2.5V×$\frac{{U}_{0}-2.5V}{R}$；
由以上設計實驗，若選用R₂=10Ω的定值電阻，小燈泡正常發(fā)光時，U₀=I_額R₂=0.28A×10Ω=2.8V，但電源電壓為3V，這樣燈泡不能正常工作，無法測出燈泡的額定電壓，故選R₂不合適；
若選用R₁=1Ω的定值電阻，當小燈泡正常發(fā)光時，U₀=I_額R₁=0.28A×1Ω=0.28V，這時燈可以正常工作，但電壓表示數(shù)過小，誤差較大．我們可以用電壓表測定值電阻R和燈泡的總電壓，再計算出電流，從而得到燈泡的額定功率．故可選R₁．
故答案為：（1）見上圖；（2）A；（3）燈泡被短路；（4）0.7；①R₁；②見上圖．

點評 本題是測小燈泡功率的實驗，考查了電路連接、實驗注意事項、電路故障的判斷、電功率的計算，特殊方法測電阻的實驗設計等，利用電壓表和電流表檢測電路故障是常見的題型，需要在平時的學習中多總結方法與技巧．