Question

18．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，（电源由三节新干电池串联组成）粗心的小刚连接了如图甲所示的电路．同组的小明发现电路连接有错．

（1）如果闭合图甲所示电路中的开关，电压表的读数约为4.5V，电流表的读数约为0A．
（2）小明主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小刚眼珠一转，在图示电路中只改变了某根导线一端的接点位置，电路就能测量小灯泡额定功率．请你在图甲中画出小刚改动的那条导线并连接正确的电路．
（3）小灯泡上标有“2.5V”字样（灯泡额定功率约为1W），小组同学又正确的选择了电表的量程．实验时，在闭合开关S之前应该将滑动变阻器的滑片调至最右（填“左”或“右”）．闭合开关后，发现电压表示数如图乙所示，则应该将滑动变阻器的滑片P向左（填“左”或“右”）移动，当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，则该小灯泡的额定功率是0.75W，该小灯泡的电阻是8.3Ω．
（4）完成探究后，小明用电源、电流表、滑动变阻器、电阻箱各1个、2个开关及若干条导线，对额定电流为I_额的另一个小灯泡的额定功率进行了测定，根据他设计的电路图（如图丁），写出实验步骤及测定额定功率的表示式．
实验步骤：
①根据如图丁所示的电路图连接实物电路；
②只闭合S₁，移动变阻器滑片，使电流表示数为I_额；
③断开S₁，只闭合S₂，滑片位置不动，调节电阻箱，当电流表示数为I_额时，读出电阻箱连入电路中的电阻为R；
④表达式：P_额=I_额²R．

Answer 1

分析 （1）分析电路的连接错误之处并分析电表的读数；
（2）根据电压表并联在灯泡两端，电流表串联在电路中，修改电路；
（3）闭合开关S之前应该将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处；
灯在额定电压下正常发光，根据图中电压表小量程读数，比较电压表示数与额定电压的大小，根据串联电路电压的规律及分压原理确滑片移动的方向；
（4）测灯泡额定功率需要测出灯泡的额定电流与额定电压，现在只有电流表而没有电压表，先使灯与变阻器和电流表串联，通过移动滑片，使电流表示数为I_额，灯正常发光；
保持滑片位置不动，通过开关的转换，使电阻箱与变阻器串联，调节电阻箱电阻大小，使电流表示数不变，根据等效替代法，电阻箱的电阻即为灯正常发光时的电阻，根据P=I²R求灯的额定功率．

解答 解：（1）原电路中，电流表与灯被短路，电流表示数约为0，电压表通过变阻器与电源相连，电压表示数为电源电压4.5V，
（2）根据电压表并联在灯泡两端，电流表串联在电路中，修改电路，如下所示：

（3）实验时，在闭合开关S之前应该将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，即最右端；
灯在额定电压下正常发光，闭合开关后，发现电压表示数如图乙所示，电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为1.7V，小于灯的额定电压2.5V，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向左移动，直到电压表示数为额定电压；
当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，电流表分度值为0.02A，示数为0.3A，则该小灯泡的额定功率是：
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；该小灯泡的电阻是：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω．
（4）实验步骤：
②只闭合S₁，移动变阻器滑片，使电流表示数为I_额；
③断开S₁，只闭合S₂，滑片位置不动，调节电阻箱，当电流表示数为I_额时，读出电阻箱连入电路中的电阻为R；
④由实验步骤，根据等效替代法可知，灯泡正常发光时的电阻为R，
则灯泡的额定功率表达式P_额=I_额²R．
故答案为：（1）4.5；0；（2）如上所示；（3）右；左；0.75；8.3；
（4）②只闭合S₁，移动变阻器滑片，使电流表示数为I_额；
③断开S₁，只闭合S₂，滑片位置不动，调节电阻箱，当电流表示数为I_额时，读出电阻箱连入电路中的电阻为R；
④I_额²R．

点评 本题测量小灯泡额定功率，考查电路的连接、注意事项、操作过程、电表读数、功率和电阻的计算、等效替代法的运用及设计实验方案的能力．