Question

13．小明用“伏安法”測量小燈泡的電功率中，提供的實(shí)驗(yàn)器材有：待測小燈泡（額定電壓為2.5V）、電源（二節(jié)新干電池）、滑動變阻器、電流表、電壓表、開關(guān)及導(dǎo)線若干．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，完成圖甲實(shí)物電路的連接．
（2）檢查電路連接無誤后，閉合開關(guān)S，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動．產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是小燈泡斷路．
（3）故障排除后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過移動滑片記錄了多組數(shù)據(jù)，并作出了如圖乙所示的I-U圖象．據(jù)圖象可知小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）小華利用小明的實(shí)驗(yàn)器材，只增加了一個(gè)阻值為10Ω定值電阻R₁、電阻箱R₂，來測量小燈泡的額定功率．如圖丙、丁是她設(shè)計(jì)的兩種不同方案的電路圖．則以下判斷正確的是A（填字母）．

A．兩種方案都能
B．兩種方案都不能
C．丙方案能，丁方案不能
D．丙方案不能，丁方案能
（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明將該小燈泡單獨(dú)與一個(gè)10Ω的定值電阻R₀串聯(lián)后接入電壓為3V的電源兩端，此時(shí)R₀的功率是0.4W．

Answer 1

分析 （1）由電路圖，根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表量程，并連接在燈泡兩端；
（2）電流表指針幾乎不動，電路中無電流，則為斷路，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的之外部分一定完好，據(jù)此確定故障所在；
（3）根據(jù)額定功率的定義，找出額定電壓下的電流，根據(jù)P_額=U_額I計(jì)算額定電功率的大�。�
（4）開關(guān)S接“a”、”b”各一次，根據(jù)電路圖，確定能否使小燈泡正常發(fā)光，若不能，則無法測量小燈泡的額定電功率；
（5）小燈泡的電阻隨電壓（溫度）的變化而變化，不是一個(gè)定值，所以，根據(jù)串聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn)，由圖乙找出符合條件的燈對應(yīng)的電壓和電流值，進(jìn)而求出R₀的功率．

解答 解：
（1）待測小燈泡的額定電壓為2.5V＜3.0V，電壓表選用小量程，將電壓表并聯(lián)在小燈泡的兩端，如下圖所示；

（2）燈泡不亮，電流表指針幾乎不動，電路中無電流，則為斷路，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的之外部分一定完好，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡所在支路斷路，導(dǎo)致電壓表串聯(lián)在電路中了，所以可能的原因是小燈泡斷路（或小燈泡壞了或燈座處接觸不良）；
（3）由圖乙知，燈額定電壓2.5V對應(yīng)的電流為0.3A，
所以其額定功率P_額=U_額I=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）丙方案中，R₁、小燈泡、變阻器三者串聯(lián)，S接1時(shí)，電壓表測小燈泡的電壓，S接2時(shí)測燈和定值電阻的總電壓，可以確定小燈泡是否正常發(fā)光，且可以通過R₁的電壓和電阻值求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，故丙方案能測出小燈泡的額定電功率．
丁方案中，根據(jù)“小華利用小明的實(shí)驗(yàn)器材”可知電源電壓為3V，當(dāng)電壓表示數(shù)U_滑=U-U_L=3V-2.5V=0.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，且可通過調(diào)節(jié)電阻箱的阻值使得開關(guān)接2時(shí)電壓表示數(shù)仍為0.5V，則燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻等于電阻箱的阻值（等效法），根據(jù)P=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{R}_{L}}$可以測出小燈泡的額定功率；
所以，丙、丁方案能測出小燈泡的額定功率；故選A；
（5）由圖乙知，當(dāng)燈的電壓U_燈=1.0V，對應(yīng)的電流I=0.2A時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，通過定值電阻的電流大小等于0.2A，此時(shí)定值電阻的電壓U_定=IR₀=0.2A×10Ω=2V，又根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，燈和定值電阻的總電壓U=U_燈+U_定=1V+2V=3V剛好為電源電壓；
所以，此時(shí)R₀的功率P₀=U_定×I=2V×0.2A=0.4W．
故答案為：（1）如上圖；（2）小燈泡斷路；（3）0.75；（4）A；（5）0.4．

點(diǎn)評 本題用伏安法測量小燈泡的電功率，考查電路的連接、常見故障的分析、燈的額定功率及實(shí)際功率的計(jì)算．特別是最后一問，易把燈正常發(fā)光時(shí)的電阻當(dāng)成其實(shí)際電阻與定值電阻串聯(lián)求總電阻，是本題的易錯(cuò)點(diǎn)和難點(diǎn)．