Question

8．小明在“测量小灯泡的额定功率”实验中，所用小灯泡上标有“2.5V”字样，滑动变阻器标有“20Ω 1A”字样．

（1）请用笔画线代替导线，完成图甲实物电路的连接．（要求：滑动变阻器的滑片P向右滑动时，小灯泡变亮；连线不得交叉）
（2）闭合开关，通过移动滑片P记录了多组数据如下表，请在图乙中，描点作出I-U的关系图线，则小灯泡的额定功率为0.75W，旋转学生电源旋钮，使电源电压为3V；闭合开关，调节滑片P使滑动变阻器的阻值为10Ω，此时小灯泡的实际功率是0.2W

序号	1	2	3	4	5
电压U/V	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
电流I/A	0.12	0.20	0.24	0.28	0.30

（3）若实验中电流表坏了，为了测量小灯泡的额定功率，小虎选用一个定值电阻R₀接在原电路电流表的位置，设计了图丙所示的电路，实验方案如下：旋转学生电源旋钮，使电源电压为7V；调节滑动变阻器滑片P使电压表的示数为小灯泡额定电压U_额；保持滑片P位置不变，只将电压表的a点接线改接到c点，测量R₀两端的电压U₀．
①小虎的设计方案操作中存在的问题是：测量R₀电压时，电压表正负接线柱接反了
②纠正操作错误之后，测出R₀两端的电压为U₀，则小灯泡的额定功率可表示为：P_额=U_额×$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$（用R₀和所测量的符号表示）
③所选用定值电阻R₀的阻值不得超过10Ω．

Answer 1

分析 （1）根据灯的额定电压确定电压表量程与灯并联，根据滑动变阻器的滑片P向右滑动时，小灯泡变亮确定变阻器的连接；
（2）由表中数据用描点法作图，从表中找到额定电压下的电流，根据P=UI求灯的额定功率；
灯的电阻随温度的变化而变化，由串联电路的规律和欧姆定律确定灯的电压U₂和电流I₂，根据P_实=U₂I₂求灯的额定功率；
（3）①用电压表测量电压时注意电流从电压表正接线柱流入；
②根据欧姆定律求出通过R₀的电流，根据串联电路电流的规律，由P_L=U_LI_L求灯的额定功率；
③根据电压表量程确定定值电阻的最大电压，根据欧姆定律求R₀的最大阻值．

解答 解：（1）小灯泡上标有“2.5V”字样，灯的额定电压为2.5 V，电压表选用小量程与灯并联，滑动变阻器的滑片P向右滑动时，小灯泡变亮，即电流变大，电阻变小，即滑片右边电阻丝连入电路中，如下左图所示：

（2）根据表中数据，用描点法作图，用平滑的曲线连接起来，如上右图所示：
由表中数据知，灯在额定电压下的电流为0.3A，则灯的额定功率：
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
电源电压为3V，变阻器连入电路中的电阻为10Ω，因灯与变阻器串联，根据串联电路的规律，通过各处的电流都相等，由表中数据知，只有灯的电压为U₂=1.0V，通过的电流为I₂=0.2A时，根据欧姆定律：变阻器的电压：
U_滑=I₂R_滑=0.2A×10Ω=2V，
电源总电压=U_滑+U₂=1V+2V=3V，符合串联电路的规律，故此时小灯泡的实际功率P_实=U₂I₂=1V×0.2A=0.2W；
（3）①电压表测灯的电压，则电压表a接线柱为负接柱，只将电压表的a点接线改接到c点时，则电流从电压表负接线柱流入了；
②灯正常发光时，测定值电阻的电压为U_额，在滑片位置不动的情况下，测出R₀两端的电压为U₀，由欧姆定律，此时通过R₀的电流：
I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，
根据串联电路电流的规律，通过灯的额定电流：
I=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，故灯的额定功率：
P_L=U_LI_L=U_额×$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；
③在实验操作中，因电压表选用0-3V的量程，既要测灯的额定电压，又要测R₀的电压，故定值电阻R₀的最大电压不能超过3V，因灯正常工作时的电流I_L=0.3A，由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，故R₀的最大阻值不能超过：
R_0大=$\frac{{U}_{最大}}{{I}_{L}}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω．
故答案为：（1）如上图左所示；
（2）如上图右所示；（3）0.75；0.2； 
（3）①测量R₀电压时，电压表正负接线柱接反了；②U_额×$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；③10．

点评 本题测量小灯泡的额定功率，考查电路的连接、描点法作图、额定功率、实际功率的计算及设计实验方案的能力，综合性较强，有一定难度．