Question

小明按照如圖所示的電路圖連接好電路，測量一只額定電壓為2.5V的燈泡的電功率，部分實驗數據和現象如下表．

實驗次數	電壓表示數/v	電流表示數/A	燈泡亮度
1	1	0.2	較暗
2	2.5	/	正常發(fā)光
3	6	0	不發(fā)光

（1）閉合開關前滑動變阻器的滑片應移到

右

端．
（2）如果實驗過程電壓表示數突然變?yōu)?，而電流表示數不變，則發(fā)生斷路的是

電壓表

．
（3）分析表中實驗數據可知，所用電源電壓約為

6

V．
（4）若小明手邊有“1.5A  50Ω”和“2.0A  20Ω”兩種規(guī)格的滑動變阻器，“0～3V”和“0～15V”兩個量程的電壓表，上面實驗中他選用的滑動變阻器規(guī)格為

1.5A 50Ω

，選用的電壓表量程為

0～15V

．
（5）由于小明粗心大意，沒有記錄燈泡正常發(fā)光時電流表的示數，于是他根據第一次實驗數據計算出燈泡電阻R=

U1

I1

=

1V

0.1A

=5Ω，再計算出燈泡兩端電壓為2.5V時的功率P=

U 2 2

R

=

(2.5V)2

5Ω

=1.25W．則燈泡的額定功率

小于

（＞/=/＜）1.25W．
（6）若在實驗過程中小明發(fā)現電流表已壞，但手邊還有一阻值已知為R₀的定值電阻和若干開關，不添加任何其它器材，請你在方框內幫小明設計一個只接一次線就能測出燈泡額定功率的電路圖．

Answer 1

分析：（1）閉合開關前，滑動變阻器接入電路的阻值應為滑動變阻器的最大阻值，根據電路圖確定滑片的位置；
（2）根據電路故障現象判斷電路斷路位置；
（3）第一次實驗燈泡較暗，電流表有示數，但是太小，電路電流小，電路總電阻太大，滑動變阻器連入電路的阻值太大，要使燈泡發(fā)光，增大電路電流，調節(jié)滑動變阻器的滑片，減小滑動變阻器連入電路的電阻，當滑動變阻器連入電路的電阻減小到一定值時，電路電流增大，燈泡電壓增大，超過燈泡的額定電壓，燒斷燈絲，電壓表串聯在電路中，電壓表測電源電壓．
（4）根據第一次實驗時，U₁=1V，I₁=0.2A，再根據串聯電路的電壓規(guī)律可求得滑動變阻器兩端的電壓U_R=U-U₁，再利用
R=

U

I

可求得此時滑動變阻器的阻值，然后即可做出選擇．由電源電壓可確定電壓表的量程．
（5）因為燈泡電壓增大，燈泡亮度增大，燈絲溫度升高，燈絲電阻隨電壓的增大而增大．正常發(fā)光時的電阻大于第一次實驗時的燈絲電阻，即：R＞5Ω．根據P=

U2

R

計算的額定功率偏大．
（6）本題可用伏阻法來測量小燈泡的額定功率，利用串聯電路中電流處處相等的特點，讓小燈泡與定值電阻R₀、滑動變阻器串聯，先調節(jié)滑動變阻器的阻值使燈泡的電壓為U_L，再用電壓表測出此時定值電阻兩端的電壓，由歐姆定律計算出電路中的電流，再計算燈泡的額定功率．

解答：解：（1）由電路圖可知，閉合開關前滑動變阻器的滑片應移到右端，此時滑動變阻器接入電路的阻值最大．
（2）如果實驗過程電壓表示數突然變?yōu)?，可能是電壓表斷路或與電壓表并聯的燈泡短路；
電流表示數不變，說明電路總電阻不變，燈泡不可能短路，電路故障是斷路，發(fā)生斷路的是電壓表．
（3）第一次實驗燈泡較暗，是因為滑動變阻器連入電路電阻較大，使電路總電阻較大，電路電流很小，不能使燈泡發(fā)光．這時調節(jié)滑動變阻器滑片，減小電路總電阻，增大電路電流，使燈泡發(fā)光．當電路電流增大到一定程度，燈泡電壓增大，超過燈泡的額定電壓時，燈泡的燈絲被燒斷，電壓表串聯在電路中測電源電壓，所以電源電壓為6V．
（4）由表中數據可知，第一次實驗時，U₁=1V，I₁=0.2A，滑動變阻器兩端的電壓U_R=U-U₁=6V-1V=5V．
∵I=

U

R

，∴此時滑動變阻器的阻值R=

UR

I

=

5V

0.2A

=25Ω，顯然“2.0A 20Ω”規(guī)格的滑動變阻器不可以，所以他選用的滑動變阻器規(guī)格為1.5A 50Ω；由電源電壓示數為6V可知，所選用的電壓表量程為0～15V．
（5）∵I=

U

R

，∴第一次實驗數據計算出燈泡電阻R=

U1

I1

=

1V

0.2A

=5Ω；隨燈泡兩端電壓增大，燈絲溫度升高，燈絲電阻增大，當燈泡電壓是2.5V時，燈絲電阻R＞5Ω，再計算出燈泡兩端電壓為2.5V時的功率P=

U 2 2

R

=

(2.5V)2

5Ω

=1.25W，此時計算的額定功率偏大，所以燈泡的額定功率小于1.25W．
（6）利用伏阻法來測量小燈泡的額定功率．用導線把燈泡、定值電阻、滑動變阻器、開關、電源串聯，兩電壓表分別與燈和定值電阻并聯．實驗電路圖如下圖所示．

故答案為：（1）右；（2）電壓表；（3）6；（4）1.5A 50Ω；0～15V；（5）小于；（6）如圖所示．

點評：本題從給定的表格中分析電路正確連接后，燈泡不發(fā)光的原因；燈絲燒斷，判斷電源電壓；燈絲電阻與溫度的關系；正確計算額定功率的方法；已知條件都包含在表格中，需要學生從表格中搜尋信息，這是關鍵．本題形式新穎，有一定難度，屬于難題．