Question

19．實(shí)驗(yàn)室電源電壓為6V，要測(cè)量小燈泡的額定功率，小偉選擇一個(gè)額定電壓為2.5V，電阻大約為10Ω左右的小燈泡，小強(qiáng)畫出了電路圖（圖甲）．

（1）小偉看到電路圖后提出一個(gè)建議：簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，去掉滑動(dòng)變阻器測(cè)量小燈泡的額定電功率．你認(rèn)為小偉的實(shí)驗(yàn)方案可行嗎？為什么？
（2）若按照小強(qiáng)設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室里有最大阻值是10Ω和60Ω的滑動(dòng)變阻器，你認(rèn)為應(yīng)該選擇最大阻值為60Ω的滑動(dòng)變阻器．
（3）將圖乙中的滑動(dòng)變阻器和電壓表（選用合適的量程）接入電路．
（4）在實(shí)驗(yàn)器材選擇無(wú)誤，電路連接正確的情況下，閉合開關(guān)，小燈泡不亮，但電壓表和電流表都有示數(shù)，按照?qǐng)D乙的電路連接圖判斷，要讓燈泡發(fā)光，你的操作是：將滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)．調(diào)整電路正常后開始實(shí)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的過程中，燈泡突然熄滅，電流表的示數(shù)突然變得無(wú)示數(shù)，電壓表的示數(shù)是6V，你判斷故障可能是：小燈泡斷路．
（5）為進(jìn)一步確定小燈泡亮度與電壓的關(guān)系，做了多次實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了小燈泡的U-I圖象（如圖丙所示）．請(qǐng)根據(jù)圖象信息計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W．

Answer 1

分析 （1）一節(jié)蓄電池的電壓為2V，而燈泡的額定電壓為2.5V，從是否能使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓進(jìn)行解答；
（2）額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中電流的大約值，再根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律得出等式求出變阻器接入電路中電阻阻值的可能值，然后確定滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；
（3）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（4）電壓表和電流表都有示數(shù)說(shuō)明電路通路且燈泡沒有短路，燈泡不亮的原因是實(shí)際功率太小據(jù)此進(jìn)行解答；電壓表的示數(shù)是6V說(shuō)明電壓表與電源之間是通路，電流表無(wú)示數(shù)、燈泡不亮說(shuō)明電路斷路，即電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦罚?br />（5）根據(jù)圖象讀出額定電壓下通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）一節(jié)蓄電池的電壓為2V，而燈泡的額定電壓為2.5V，去掉滑動(dòng)變阻器無(wú)法使燈泡兩端的電壓達(dá)到燈泡的額定電壓，所以小偉的實(shí)驗(yàn)方案不可行；
（2）額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
故選最大阻值是60Ω的滑動(dòng)變阻器；
（3）燈泡的額定電壓為2.5V，則電壓表的量程為0～3V且與燈泡并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器的任意上方接線柱與燈泡相連，如下圖所示：

（4）電壓表和電流表都有示數(shù)說(shuō)明電路通路且燈泡沒有短路，燈泡不亮的原因是實(shí)際功率太小，下一步的操作是：將滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)；
燈泡突然熄滅，電流表的示數(shù)突然變得無(wú)示數(shù)，電壓表的示數(shù)是6V，說(shuō)明電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦�，故障可能是小燈泡斷路�?br />（5）由圖象可知，燈泡兩端的電壓U_L=2.5V時(shí)，通過的電流I_L=0.2A，
則燈泡的額定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.2A=0.5W．
故答案為：
（1）不可行；無(wú)法實(shí)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓等于額定電壓；
（2）60；
（3）如上圖所示；
（4）將滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)；小燈泡斷路；
（5）0.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，涉及到實(shí)驗(yàn)的評(píng)估、串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用、電路操作的判斷和電路故障的判斷、額定功率的計(jì)算等，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，解題時(shí)要注意一節(jié)蓄電池的電壓為2V和電壓表量程的選擇．