Question

10．某实验小组的同学用“伏安法”测量小灯泡电功率，待测小灯泡额定电压为2.5V，小灯泡的额定功率估计在1W左右，电源为两节新干电池．
（1）请用笔画线代替导线，完成图甲中实物电路的连接，连线时导线不能交叉．

（2）检查电路连接无误，闭合开关后，灯泡不亮，电流表有示数，电压表示数为0，产生这一现象的原因可能是灯泡短路．故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某位置时，电压表示数如图乙所示，要测量小灯泡的额定功率，则应把变阻器的滑片向左端移动．
（3）实验中，同学们记录了多组小灯泡两端的电压及对应通过小灯泡的电流值，并描绘出小灯泡的电流随其电压变化的关系图象，如图丙所示，则小灯泡的额定功率是0.75W，此时，灯丝的电阻是8.3Ω（保留一位小数）．图象不是直线的原因是灯丝的电阻随温度的变化而变化．
（4）完成上述实验后，老师请同学们思考：如果电流表坏了，再增加一个开关和阻值为R₀的定值电阻，还能测出小灯泡的额定功率吗？下面是同学们设计的四个电路，你认为可行的是B．（填选项）

Answer 1

分析 （1）本实验中电流表应与灯泡串联，电压表应与灯泡并联，根据灯泡规格确定电表量程；
（2））电流表有示数，说明整个电路是通路，再根据电压表无示数分析原因；
确定电压表的量程和分度值，读出电压值，根据串分压的知识判断滑动变阻器阻值的变化，得出滑片的移动方向；
（3）从图象中确定额定电压及对应的电流值，根据公式P=UI计算出额定功率，根据R=$\frac{U}{I}$计算灯泡电阻，由灯泡电阻受温度影响分析原因；
（4）没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．

解答 解：
（1）测量小灯泡电功率的实验中，电流表应与灯泡串联，电压表应与灯泡并联．灯泡额定电压为2.5V，所以电压表应使用0-3V量程；
由P=UI可知灯泡正常发光电流约为：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，所以电流表应使用0-0.6A量程．如图所示：
；
（2）闭合开关后，灯泡不亮，电流表有示数，说明电路是通路，但电压表示数为0，有可能是与电压表并联部分发生短路了，即灯泡短路了；
由图乙知，电压表量程应选择0～3V，分度值为0.1V，所以电压表示数为0.6V，低于额定电压，所以应减小滑动变阻器的阻值，滑动变阻器滑片应向左端移动，使电压表的示数等于2.5V；
（3）由图象知，当电压为2.5V时，电流表示数为0.3A，所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由欧姆定律可得灯泡此时的电阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
由于灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以I-U图象不是直线；
（4）没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于2.5V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，
根据P=UI计算出灯泡的额定电功率，图B中只闭合S₁，调节滑动变阻器使电压表的示数等于2.5V，断开S₁，闭合S₂，滑片不动，电压表测电源电压，然后得出定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率，故选B．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡短路； 左；（3）0.75；8.3；灯丝的电阻随温度的变化而变化；（4）B．

点评 本题综合考查仪表量程的选择、连接实物电路、故障分析、实验操作以及功率的计算等知识点；第（4）的关键是利用电压表和已知电阻的组合测得电路中电流．