Question

12．小紅作“測(cè)量小燈泡電功率”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓恒為6V）、小燈泡（額定電壓為2.5V，燈絲電阻約為10Ω）、電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)各一個(gè)、規(guī)格分別為R₁“10Ω 1A”和R₂“50Ω0.5A”的滑動(dòng)變阻器各一個(gè)、導(dǎo)線(xiàn)若干．

（1）小紅設(shè)計(jì)了圖甲所示的電路，她應(yīng)選用規(guī)格為R₂的滑動(dòng)變阻器（選填“R₁”或“R₂”），連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)，該實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的主要作用是改變燈泡兩端的電壓．
（2）正確連接電路后，閉合開(kāi)關(guān)，若小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)，原因是小燈泡短路；若小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)，原因是小燈泡斷路．
（3）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片在不同位置，小燈泡U-I圖象如圖乙所示，小燈泡的額定功率為0.625W．
（4）在沒(méi)有電壓表、只有電流表的情況下，小紅增加了一只10Ω的定值電阻R并利用原有器材，也測(cè)出了額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．步驟如下：
①按照如圖丙所示的電路圖在圖丁中正確連接實(shí)物電路；
②閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.25A時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
③斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，保持滑動(dòng)變阻器滑片P的位置不變，將電流表改接在燈泡所在支路中，再閉合開(kāi)關(guān)，讀出電流表示數(shù)I；
④小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=U_額I（或2.5V×I）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)分壓原理求出滑動(dòng)變阻器連放電路中的最小阻值；
由測(cè)量小燈泡在不同電壓的電功率作答；
（2）電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；小燈泡不亮，電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明小燈泡短路或電壓表短路；
小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路或電路中的總電阻太大；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表與電源是連通；
（3）由圖乙，根據(jù)額定電壓電壓下對(duì)應(yīng)的電流大小，求小燈泡的額定功率P_額=U_額I；
（4）①根據(jù)電路圖中各個(gè)元件的作用連圖；
②定值電阻R和電流表相當(dāng)于電壓表；
③保持滑片的位置不變，將電流表與燈串聯(lián)，根據(jù)各元件兩端的電壓不變，讀出電流表示數(shù)即可；
④根據(jù)P_額=U_額I求小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）燈的額定電壓為2.5V，所以，變阻器要分去6V-2.5V=3.5V的電壓，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L；}}$，滑動(dòng)變阻器的阻值至少為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×10Ω=14Ω．根據(jù)歐姆定律知，燈正常發(fā)光的時(shí)的電流約為0.25A，故應(yīng)選用R₂“50Ω0.5A”的滑動(dòng)變阻器；
因測(cè)量小燈泡在不同電壓的電功率，所以，本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的主要作用是改變燈兩端的電壓；
連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)；
（2）正確連接電路后，閉合開(kāi)關(guān)，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；小燈泡不亮，電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明小燈泡短路或電壓表短路；
若小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路或電路中的總電阻太大；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表與電源是連通的，所以，若小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)，原因是小燈泡斷路；
（3）由圖乙知，當(dāng)燈電壓為2.5V時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為0.25A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
（4）①由題意可知，電流表的量程為0-0.6A，故實(shí)物電路如圖所示：

②小紅增加了一只10Ω的定值電阻R，因當(dāng)電流表示數(shù)為I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=0.25A時(shí)，R兩端的電壓一定為2.5V，
根據(jù)并聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，燈的電壓為2.5V，燈一定正常發(fā)光，所以，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.25A時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
③斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，保持變阻器滑片P的位置或變阻器接入電路的阻值不變，將電流表改接在所在燈支路中，此時(shí)電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，只是電流表由原來(lái)測(cè)通過(guò)R的電流變?yōu)闇y(cè)通過(guò)燈的電流I，R與燈兩端的電壓與變阻器的電壓均保持不變，燈仍正常發(fā)光，通過(guò)燈的電流I即為燈正常發(fā)光時(shí)的電流大�。�所以，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，保持滑動(dòng)變阻器滑片P的位置（或滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值）不變，將電流表改接在燈泡所在支路中，再閉合開(kāi)關(guān)，讀出電流表示數(shù)I；
④小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=U_額I（或2.5V×I）．
故答案為：（1）R₂；斷開(kāi)；改變燈泡兩端的電壓；（2）小燈泡短路（或電壓表短路）；小燈泡斷路；（3）0.625；（4）①如上圖；②0.25；③滑動(dòng)變阻器滑片P的位置（或滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值）；④U_額I（或2.5V×I）．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡電功率，考查器材的選擇、常見(jiàn)故障的分析、影響電阻大小的因素等知識(shí)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力．