Question

2．小明利用如图甲所示电路测定小灯泡L₁的功率．被测小灯 泡L₁的额定电压为2.5V，实验室提供如下器材：电源（电压为 6V）、电流表（0～0.6A0～3A）、电压表（0～3V 0～15V）、开关各一个、导线若干、滑动、变阻器一只．

（1）实验前在查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是电流表调零．
（2）连接电路时开关应断开；正确连接电路闭合开关后，发现无论怎样 移动滑动变阻器滑片，灯泡都不亮，电压表示数接近6V，电流表示数几乎为0，电路的故障可能是灯泡断路．
（3）排除电路故障后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象（如图丙），则小灯泡的额定功率为0.625W，此时灯丝电阻为10Ω；通过图丙，小明还发现小灯泡的实际功率随实际电压的增大而增大（选填“增大”、“减小”或“不变）．
（4）另一组的小宇同学在测量同一规格的小灯泡L₁的电功率时，不慎把电压表掉在地上摔坏了，于是老师又给他提供了一个标有“2.5V 1.25W”的 小灯泡L₂和两个开关S₁、S₂，让他设计测量方案，他灵机一动，设计了如图丁所示的电路图，同样完成了实验，请你将下列实验过程补充完整：
①闭合 S、S₂，断开S₁，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为0.5A；
②闭合 S、S₁，断开S₂，保持滑动变阻器的滑片位置不变，记录电流表的 示数为I；
③小灯泡L₁额定功率的表达式P额=2.5V×（I-0.5A）（用已知数据、测 量数据或符号表示）．

Answer 1

分析 （1）由图乙知，电流表指针没有指在零刻度线上，使用电流表前应对电流表进行机械调零，使指针指在零刻度线上；
（2）连接电路时应断开开关；
闭合开关灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路或灯泡之外的电路断路，根据电表示数情况分析故障原因；
（3）根据小灯泡的额定电压为2.5V，结合U-I图象，找出对应的额定电流，根据P=UI计算灯泡的额定功率；观察U-I图象，由R=$\frac{U}{I}$计算出几组电阻，就可判断灯泡电阻的变化趋势，然后结合影响电阻大小的因素分析既可．
（4）由电路图可知，开关S、S₂闭合，断开S₁时，两灯泡并联后与滑动变阻器串联，电流表测L₂的电流，调节滑动变阻器使通过灯泡L₂的电流等于额定电流时并联部分的电压为2.5V；保持滑片的位置不变，闭合开关S、S₁闭合，断开S₂时，两灯泡扔并联，电流表测干路电流，根据并联电路的电流特点求出通过L₁的电流，根据P=UI求出灯泡L₁额定功率．

解答 解：
（1）电流表指针没有指在零刻度线上，应先对电流表调零；
（2）为了保护电路，连接电路时应断开开关；
灯泡都不亮，电流表示数几乎为0，电路中可能出现了断路，电压表示数接近电源电压6V，说明电压表到电源间是通路，所以故障的原因可能是灯泡断路了；
（3）由U-I图象可知，当U_额=2.5V时，I_额=0.25A，所以小灯泡的额电功率P_额=U_额I_额=2.5V×0.25A=0.625W；
由U-I图象可知当U₁=1.5V时，I₁=0.2A，所以R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω；
当U₂=2.5V时，I₂=0.25A，所以R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω，
故小灯泡灯丝电阻随电压增大而增大；
在该过程中，灯泡中的电压越大，电流越大，由P=UI知灯泡实际功率越大；
（4）①当开关S、S₂闭合，断开S₁时，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A，此时并联部分的电压为2.5V；
②保持滑片的位置不变，闭合开关S、S₁闭合，断开S₂时，两灯泡仍并联，电流表测干路电流I；
③因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过L₁的电流：
I₁=I-I₂=I-0.5A，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，L₁额定功率：P_额=UI₁=2.5V×（I-0.5A）．
故答案为：（1）电流表调零；（2）断开；灯泡断路；（3）0.625；10；增大；（4）0.5；2.5V×（I-0.5A）．

点评 本题考查测小灯泡功率的实验，考查了电表的使用、故障判断、图象分析、功率和电阻的计算．明白图丁电路图的工作原理是关键．