Question

8．在“测定小灯泡的电功率”的实验中，选用如图甲所示的器材，其中电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V（灯丝电阻约为12Ω）．
（1）为了能够顺利完成实验探究，下列两种规格的滑动变阻器应选用B
A．“10Ω  0.5A”的滑动变阻器      B．“50Ω  0.5A”的滑动变阻器
（2）用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路连接完整．

（3）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不发光，电压表无示数，电流表有示数，若电路只有一处故障，则故障原因是电灯短路．
（4）排除故障后，闭合开关，移动滑片，电压表的示数如图乙所示，其读数是2.2  V；为了测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向B（选填“A”或“B”）端移动．
（5）根据实验测得的数据，绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图象（如图丙所示）．分析图象可知：
①小灯泡的额定功率为0.625W．
②实验中观察到：当小灯泡两端的电压低于0.5V时，小灯泡不发光，根据图象分析其原因是灯的实际功率太小．
完成上述实验后，小华在缺少电压表的情况下，根据绘制出的小灯泡电流与电压关系图象，设计出了一个测未知定值电阻的电路，如图丁所示．请根据电路图写出其中一次测量的实验步骤：
1：只闭合开关S₁，调节滑动变阻器的滑片，使得电流表示数为0.2A；
2：开关S₁断开、S₂闭合，保持滑片的位置不变，记录电流表的示数I，表达式：Rx=$\frac{1.5V}{I-0.2A}$．

Answer 1

分析 （1）由串联电路特点和欧姆定律计算灯泡正常发光时变阻器连入的阻值，从而确定变阻器的规格；
（2）求出灯正常发光时的电流大小，确定电流表量程；
（3）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电流表有示数，说明电路为通路，根据小灯泡始终不发光，电压表无示数分析电路故障；
（4）灯在额定电压下正常发光，根据图乙电压表小量程读数，比较电压表示与额定电压大小，根据串联电路电压的规律和分压原理判断滑动变阻器的滑片移动方向；
（5）①由图象读出灯泡电压为2.5V时的电流，由P=UI计算其额定功率；
②灯的亮度由灯的实际功率决定；
先使灯与电流表串联，通过调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为I_灯=0.2A，根据图丙可知灯此时两端的电压，根据并联电器电压的特点，也就知道了待测电阻的电压；保持滑片位置不变，再通过开关的转换，在电路连接关系不变、各用电器的电压不变的前提下，使电流表测出待测电阻与灯并联的总电流I，因通过灯的电流保持不变，根据并联电路电流的特点，所以在第2次操作中，通过待测电阻的电流大小I_x=I-I_灯，则根据欧姆定律待测电阻大小可求．

解答 解：（1）测量小灯泡的电功率实验中，L与滑动变阻器串联，电压表测L两端电压，电流表测电路中电流，
由题知灯泡正常发光时电路中电流约为：
I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，根据串联电路电流的特点，即为通过变阻器的电流大小，变阻器应分去的电压U_变=6V-2.5V=3.5V，变阻器阻值至少为：
R_变=$\frac{{U}_{变}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.21A}$=16.8Ω＞10Ω，所以应选择滑动变阻器的规格为50Ω 0.5A；
（2）由（1）知，灯泡正常发光时电路中电流约为0.21A，所以电流表选用小量程，连接如下图所示：

（3）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电流表有示数，说明电路为通路，发现小灯泡始终不发光，电压表无示数，若电路只有一处故障，则故障原因是灯泡短路了；
（4）电压表测量灯泡的电压，在图乙中电压表量程0-3V，分度值0.1V，由图知电压表示数为2.2V，即灯泡两端的电压为2.2V，小于灯的额定电压，要使灯泡两端电压增大到2.5V，应减小变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小滑动变阻器连入电路中的电阻，滑片向B端移动；
（5）①由图象可知，当灯泡电压为2.5V时的电流为0.25A，所以灯泡的额定功率：
P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②实验中观察到：当小灯泡两端的电压低于0.5V时，通过灯的电流小于0.1A，则灯的实际功率小于
P′=U′I′=0.5V×0.1A=0.05W，远小于灯的额定功率，小灯泡不发光；
在上面的分析基础上步骤如下：
1、只闭合开关S₁，调节滑动变阻器的滑片使电流表为I_灯=0.2A；
2、开关S₁断开、S₂闭合，保持滑片的位置不变，记录电流表的示数I；
在1中，根据图丙可知，灯的电压为1.5V；在2中电流表测待测电阻与灯并联的总电阻，且因电路的连接关系没有改变，各用电器的电压不变，所以通过灯的电流仍为0.2A，所以在2中，通过待测电阻的电流大小为I-0.2A，所以待测电阻R_x=$\frac{1.5V}{I-0.2A}$．
故答案为：（1）B；
（2）如上图所示；
（3）电灯短路；
（4）2.2；B；
（5）①0.625；②灯的实际功率太小；
1、调节滑动变阻器的滑片；
2、开关S₁断开、S₂闭合，保持滑片的位置不变，记录电流表的示数I；$\frac{1.5V}{I-0.2A}$．

点评 本题测定小灯泡的电功率，考查器材的选用、电路的连接、故障分析、操作过程及设计实验方案的能力．