Question

9．实验室电源电压为6V，要测量小灯泡的额定功率，某同学选择一个额定电压为2.5V，电阻大约为10Ω左右的小灯泡，并画出了电路图（图甲）．

（1）若按照该同学设计的电路图进行实验，实验室里有最大阻值是10Ω和50Ω的滑动变阻器，你认为应该选择最大阻值为50Ω的滑动变阻器；
（2）将图乙中的滑动变阻器和电压表（选用合适的量程）接入电路；
（3）在实验器材选择无误，电路连接正确的情况下，闭合开关，灯泡不亮，但电压表和电流表都有示数，按照图乙的连接图判断，要让灯泡发光，你的操作是将变阻器的滑片向左移动；调整电路正常后开始实验，在调节滑动变阻器的过程中，灯泡突然熄灭，电流表突然变得无示数，电压表的示数是6V，你判断故障可能是灯泡断路；
（4）为进一步确定小灯泡亮度与电压的关系，做了多次实验，并根据实验数据绘出了小灯泡的U-I图象（如图丙所示）．请根据图象信息计算出小灯泡的额定功率是0.5W．

Answer 1

分析 （1）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中电流的大约值，再根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式求出变阻器接入电路中电阻阻值的可能值，然后确定滑动变阻器的规格；
（2）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程且与灯泡并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（3）电压表和电流表都有示数说明电路通路且灯泡没有短路，灯泡不亮的原因是实际功率太小据此进行解答；电压表的示数是6V说明电压表与电源之间是通路，电流表无示数、灯泡不亮说明电路断路，即电压表并联部分断路；
（4）根据图象读出额定电压下通过灯泡的电流，根据P=UI求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器接入电路中的电阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
故选最大阻值是50Ω的滑动变阻器；
（2）灯泡的额定电压为2.5V，则电压表的量程为0～3V且与灯泡并联，滑动变阻器的任意上方接线柱与灯泡相连，如下图所示：

（3）电压表和电流表都有示数说明电路通路且灯泡没有短路，灯泡不亮的原因是实际功率太小，下一步的操作是：将滑动变阻器的滑片向左移动；
灯泡突然熄灭，电流表的示数突然变得无示数，电压表的示数是6V，说明电压表并联部分断路，故障可能是小灯泡断路；
（4）由图象可知，灯泡两端的电压U_L=2.5V时，通过的电流I_L=0.2A，
则灯泡的额定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.2A=0.5W．
故答案为：
（1）50；（2）如上图所示；
（3）将滑动变阻器的滑片向左移动；小灯泡断路；
（4）0.5．

点评 本题考查了测量小灯泡额定功率的实验，涉及到器材的选择、串联电路的特点和欧姆定律的应用、电路操作的判断和电路故障的判断、额定功率的计算等，涉及到的知识点较多，综合性强．