Question

19．在测量额定电压为“2.5V”的小灯泡的额定功率实验中：

（1）小李将实验器材连成图甲所示情况，请你用笔画线代替导线画出小李继续连接的正确接线；
（2）小李在闭合开关前，应将滑片P移到A（A/B）处；
（3）闭合开关，发现小灯泡没有发光，此时她应该：C
A．立即更换灯泡   B．立即检查线路
C．先观察两电表示数情况再决定D．立即移动滑动变阻器滑片
（4）小李随后调节滑片P到某位置时，电压表的示数恰为2.5V，此时电流表的示数如图乙所示，此时通过小灯泡的电流是0.24A，灯泡消耗的电功率是0.6W；
（5）小李完成实验后，他又继续调节滑动变阻器的滑片P，记录了三组电压表和对应电流表的示数，分别算出各次的电阻值，求出各次电阻平均值，他认为这就是小灯泡正常发光的电阻，他的方法是不正确（正确/不正确）的；
（6）小华在实验时发现本组的电流表已经损坏，他利用一个电压表、阻值已知的定值电阻R₀、若干开关、一个滑动变阻器和若干导线也测出了该小灯泡的额定功率．请在虚线框内设计出电路图（要求：电压表只连一次，连好后不允许拆接），并写出主要的实验步骤：
①闭合S和S₁，调节滑动变阻器的滑片P直到电压表的示数为U_额；②断开S₁，闭合S₂，保持滑片P不动，读出此时电压表的示数U₀．
请计算出该小灯泡的额定功率P_额﹦U_额×$\frac{{U}_{0}{-U}_{额}}{{R}_{0}}$．（注意：灯泡的额定电压用U_额表示，定值电阻的阻值用R₀表示，其余用所测物理量的符号表示）

Answer 1

分析 （1）灯泡的额定电压确定电压表的量程，电压表与灯泡并联．注意电压表正负接线柱．
（2）闭合开关前，为保护电路，滑片处于最大阻值处：
（3）灯泡不发光，可能是电路断路，或灯泡短路，或电路电流太小灯泡实际功率太小不足以引起灯泡发光造成的；如果灯泡不发光，应先观察电表示数，根据电表示数先大致判断故障原因，然后再采取措施；
（4）电流表的读数：确定使用的量程，确定每一个大格和每一个小格各代表多少．知道灯泡的额定电压和额定电流，根据P=UI计算额定功率．
（5）灯丝的电阻受温度影响比较大，当灯泡两端的电压增大时，灯丝的电阻温度升高，电阻增大，进行多次实验是为了发现灯丝电阻和温度的关系，而不是为了求平均值来减小误差；
（6）电流表损坏了，测该小灯泡的额定功率，定值电阻R₀和电压表应起到测量电流的作用，故灯、定值电阻与变阻器串联，先移动变阻器的滑片使灯正常发光；
保持滑片的位置不动，通过开关的转换，测量灯与定值电阻的电压，因电路的连接没有变化，各电阻的大小和电压大小不变，灯仍正常工作，根据串联电路电压的规律可求出定值电阻的电压，根据欧姆定律可求通过定值电阻的电流，结合串联电路的特点，即可知道灯的额定电流，根据P_额=U_额I_L，可求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）将灯串联在电路中，因灯泡的额定电压是2.5V，所以电压表选择0～3V量程，电压表和灯泡并联．如下图1所示：

（2）为保护电路，闭合开关前，变阻器连入电路中的电阻最大，所以滑片移动到A处；
（3）闭合开关，小灯泡没有发光，应该先观察两电表示数情况再决定，故选C；
（4）电流表使用的0～0.6A量程，每一个大格代表0.2A，每一个小格代表0.02A，电流为0.24A．灯的额定功率：
P=UI=2.5V×0.24A=0.6W．
（5）小李进行了三次实验，得到三组数据，求出电阻，计算电阻的平均值，这种方法是错误的．因为灯丝的电阻受灯丝温度影响比较大，当电压增大时，灯丝温度升高，电阻增大，灯丝在不同电压下电阻是不同的，不能通过求平均值来计算正常工作时的电阻．他的方法是不正确的；
（6）由上分析，将灯泡、定值电阻R₀、滑动变阻器串联，移动滑片，用电压表先测出灯泡正常发光时的电压（闭合S、S₁，断开S₂），再测出灯泡与定值电阻的总电压（闭合S、S₂，断开S₁），电路图如图2所示：

实验步骤：①只闭合S和S₁，调节滑动变阻器的滑片P直到电压表的示数为2.5V；
②再断开S₁，闭合S₂，保持滑片P不动，读出此时电压表的示数U₀．
表达式：在开关的转换过程中，灯的电压保持不变，故定值电阻的电压U_定=U₀-U_额，通过其的电流：
I_定=$\frac{{U}_{0}{-U}_{额}}{{R}_{0}}$，
根据串联电路电流的规律，灯的额定电流：
I_L=$\frac{{U}_{0}{-U}_{额}}{{R}_{0}}$，灯的额定功率：
P_额=U_额I_L=U_额×$\frac{{U}_{0}{-U}_{额}}{{R}_{0}}$．
故答案为：
（1）如图1所示；
（2）A；
（3）C；
（4）0.24；0.6；
（5）不正确；
（6）如图2所示：
①闭合S和S₁，调节滑动变阻器的滑片P直到电压表的示数为2.5V；
②断开S₁，闭合S₂，保持滑片P不动，读出此时电压表的示数U₀．
U_额×$\frac{{U}_{0}{-U}_{额}}{{R}_{0}}$．

点评 本题测量额定电压为“2.5V”的小灯泡的额定功率，考查了实物电路的连接、电路故障的分析、电表读数、额定功率的计算、数据的处理、影响电阻大小的因素及设计实验方案的能力，难点是第6小题：应用串联电路电流相等的特点以及串联电路电压的特点是设计实验电路图的关键．