Question

13．在“測(cè)定小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)中，電源電壓為6V，小燈泡L的額定電壓為2.5V，電阻大約為20Ω，可供選用的滑動(dòng)變阻器R₁和R ₂的最大阻值分別為20Ω、40Ω，實(shí)驗(yàn)電路如圖（1）所示．

（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線將電路圖（1）連接完整，要求向左移動(dòng)滑片時(shí)電壓表示數(shù)變��；經(jīng)過判斷可知本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選用的滑動(dòng)變阻器是R₂（選填“R₁”或“R₂”）．
（2）如圖（2）是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪成的U-I圖象．根據(jù)圖象提供的信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W；某同學(xué)誤將電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端，如圖（3）所示，他從滑片置于最右端時(shí)開始記錄第1組數(shù)據(jù)，逐漸調(diào)節(jié)滑片測(cè)得多組數(shù)據(jù)并描繪出U-I圖象如圖（4）所示．實(shí)際上小燈泡兩端的電壓太高會(huì)縮短燈泡的壽命，為使實(shí)驗(yàn)中小燈泡兩端電壓不超過3.5V，則滑動(dòng)變阻器接入電路的最小阻值為13.9Ω（保留一位小數(shù)）．
（3）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小聰向老師要了一個(gè)已知阻值為R ₀的電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖（5）所示的電路，也測(cè)出了燈泡的額定功率．請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①閉合開關(guān)S₁，S ₂與觸點(diǎn)1接觸，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表A的示數(shù)為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
②保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，閉合開關(guān)S₁，S ₂與觸點(diǎn)2接觸，讀出電流表示數(shù)為I；
③燈泡的額定功率表達(dá)式P_額=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）（用已知量與測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中電流表、燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，由滑片左移電壓表變小確定滑動(dòng)變阻器的接線，由燈泡正常工作電流判斷電流表量程的選擇；
根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算燈泡發(fā)光時(shí)變阻器連入電路的阻值，從而確定變阻器的規(guī)格；
（2）由圖象讀出燈泡電壓2.5V時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算燈泡的額定功率；
為使實(shí)驗(yàn)中小燈泡兩端電壓不超過3.5V，根據(jù)分壓原理，滑動(dòng)變阻器分得最小電壓不可小于2.5V，故由圖2讀出此時(shí)的電流，即可根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最小阻值；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律，找到燈泡正常發(fā)光電流，即可計(jì)算出燈泡的額定功率，由此分析解答．

解答 解：
（1）測(cè)定小燈泡的電功率實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)將電流表、燈泡和變阻器串聯(lián)，滑片左移電壓表示數(shù)變小，說明電路中電流變小，電阻變大，所以應(yīng)將B接線接入電路中；
燈泡正常發(fā)光電流約為：I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{20Ω}$=0.125A，所以電流表應(yīng)使用0-0.6A量程．實(shí)物連接如圖所示：
；
由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得燈泡發(fā)光時(shí)變阻器連入電路的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.125A}$=28Ω，所以應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器R₂；
（2）燈泡電壓等于其額定電壓時(shí)正常發(fā)光，由圖象知燈泡電壓為2.5V時(shí)，通過燈泡的電流為0.2A，
所以燈泡的額定功率：P_額=U_額I=2.5V×0.2A=0.5W；
為使實(shí)驗(yàn)中小燈泡兩端電壓不超過3.5V，根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于串聯(lián)的各分電壓之和可得：滑動(dòng)變阻器分得最小電壓U_滑最小=U-U_L最大=6V-3.5V=2.5V，
由圖2可知：U_滑=2.5V時(shí)，I_最大=0.18A，
根據(jù)歐姆定律得變阻器的最小阻值為：R_滑最小=$\frac{{U}_{{R}_{最小}}}{{I}_{最大}}$=$\frac{2.5V}{0.18A}$≈13.9Ω；
（3）實(shí)驗(yàn)步驟：
①閉合開關(guān)S₁，S ₂與觸點(diǎn)1接觸，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表A的示數(shù)為：I=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
②保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，閉合開關(guān)S₁，S ₂與觸點(diǎn)2接觸，讀出電流表示數(shù)為I；
③在步驟①中，燈與R₀并聯(lián)，電流表測(cè)R₀的電流，移動(dòng)滑片應(yīng)使通過R₀的電壓：U₀=I₀R₀=2.5V，此時(shí)燈泡正常發(fā)光，電流示數(shù)為：$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
在步驟②中，滑片位置不變，燈仍正常發(fā)光，電流表測(cè)燈與R₀的總電流，所以通過燈泡的電流為：I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
所以燈泡的額定功率表達(dá)式P_額=U_額I_額=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）見上圖；R₂；（2）0.5；13.9；（3）①$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變；讀出電流表示數(shù)為I；③2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題是測(cè)定小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)，考查了實(shí)物連接、燈泡額定功率的計(jì)算、串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，還考查了特殊方法測(cè)電阻，都是常考問題，要掌握好．