Question

6．小剛在“測該小燈泡的額定功率”的實驗中，實驗室提供如下器材：被測小燈泡（額定電壓時2.5V，電阻約為10Ω）、電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關(guān)各一個，規(guī)格分別為“10Ω  1A”“50Ω  0.5A”的滑動變阻器兩個，導(dǎo)線若干．

（1）按圖甲設(shè)計的電路，他應(yīng)選用規(guī)格為50Ω 0.5A的滑動變阻器．
（2）實物連接如圖乙所示．閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，經(jīng)檢查是由于一根導(dǎo)線連接錯誤，請你在圖乙中連接錯誤的導(dǎo)線上打“×”并補畫出正確的連線．
（3）小剛改正錯誤后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡很暗，為側(cè)小燈泡的額定功率，下一步進行的操作是將滑片P向A（或左） 端移動，直到電壓表的示數(shù)為2.5V，操作后電流表的示數(shù)如圖丙所示，則可知燈的額定功率為0.8W．
（4）小剛發(fā)現(xiàn)不用電流表，用實驗室提供的兩個滑動變阻器（已知最大阻值分別為R₁和R₂）和電壓表也能測出這盞燈的額定功率，設(shè)計的電路如圖丁所示；以下是他的實驗步驟，請你補充完整：
①將電壓表調(diào)零，斷開開關(guān)，按圖連接電路；
②將R₁的阻值調(diào)為最大，將R₂的滑片移至a端，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)R₁使電壓表的示數(shù)為U₁=2.5V，記錄數(shù)據(jù)；
③保持R₁滑片的位置不變，將R₂的滑片移至b端，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U₂，斷開關(guān)S；小燈泡的額定功率：P_額=2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）由串聯(lián)電路特點與歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，然后根據(jù)該阻值選擇合適的滑動變阻器；
（2）電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，電流表串聯(lián)接入電路；
（3）小燈泡很暗，說明電路中電流太小，總電阻太大，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片；在額定電壓下讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率；
（4）在圖丁中，電壓表連接在R₂的滑片與燈的左接線柱之間，因電壓表內(nèi)阻很大，無論滑片怎樣移動，電流始終通過燈L和R₂的全部電阻絲，但滑片在不同的位置，電壓表示數(shù)不同；
測燈泡的額定功率，一定先要使燈泡在額定電壓下工作；在無電流表的情況下，可利用串聯(lián)電路電流相同的特點，測出與燈泡串聯(lián)的已知電阻的兩端的電壓，再利用歐姆定律求出燈正常工件時的電流即可求額定功率．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，小燈泡正常發(fā)光時電阻約為10Ω，電路中的電流約為I'=$\frac{{U}_{L}}{R′}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I′}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，故滑動變阻器應(yīng)選用規(guī)格為：“50Ω 0.5A”；
（2）由圖乙所示電路圖可知，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表連接錯誤，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，修改后電路圖如圖所示：

（3）小燈泡很暗，說明電路中電流太小，總電阻太大，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，減小滑動變阻器接入電路的電阻，即將滑片P向A（或左） 端移動，直到電壓表的示數(shù)為2.5V；
圖丙中電流表使用小量程為0～0.6A，分度值是0.02A，此時電流表的示數(shù)為0.32A，小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）②使燈泡正常工作，應(yīng)調(diào)節(jié)電阻R₁使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓值2.5V，電壓表要測小燈泡兩端的電壓，應(yīng)與小燈泡并聯(lián)，即將R₂的滑片移至a端；
③R₂應(yīng)作為定值電阻接入電路，要計算電路中的電流，計算出通過R₂的電流即可，要計算通過R₂的電流，必須知道R₂兩端的電壓：將R₂的滑片移至b端，此時電壓表測量的是小燈泡和R₂兩端的總電壓，電壓表的示數(shù)變化即R₂兩端的電壓；因R₁的滑片位置不動，電路中各電器兩端的電壓保持不變（見上面的分析），此時R₂的電壓為
U₂-2.5V，通過R₂的電流，即燈正常工作時的電流I_額=I₂=$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{2}}$，所以燈正常工作時的功率
P_額=U_額I_額=2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{2}}$．
故答案為：（1）“50Ω 0.5A”；
（2）如上圖；
（3）將滑片P向A（或左） 端移動，直到電壓表的示數(shù)為2.5V；0.8W；
（4）②將R₂的滑片移至a端；③將R₂的滑片移至b端；2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{2}}$．

點評 本題考查了器材的選擇、電路的連接、電路現(xiàn)象原因分析、操作過程、求燈泡額定功率及設(shè)計實驗方案的能力，綜合性強．難度大．此題要注意2點：一是已知最大阻值的變阻器可作為定值電阻使用；2是本題中電壓表接在了R₂變阻器的滑片上與常規(guī)變阻器的不同．