Question

13．小明用“伏安法”测量小灯泡的电功率中，提供的实验器材有：待测小灯泡（额定电压为2.5V）、电源（二节新干电池）、滑动变阻器、电流表、电压表、开关及导线若干．
（1）请用笔画线代替导线，完成图甲实物电路的连接．
（2）检查电路连接无误后，闭合开关S，灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动．产生这一现象的原因可能是小灯泡断路．
（3）故障排除后进行实验，通过移动滑片记录了多组数据，并作出了如图乙所示的I-U图象．据图象可知小灯泡的额定功率为0.75W．
（4）小华利用小明的实验器材，只增加了一个阻值为10Ω定值电阻R₁、电阻箱R₂，来测量小灯泡的额定功率．如图丙、丁是她设计的两种不同方案的电路图．则以下判断正确的是A（填字母）．

A．两种方案都能
B．两种方案都不能
C．丙方案能，丁方案不能
D．丙方案不能，丁方案能
（5）实验结束后，小明将该小灯泡单独与一个10Ω的定值电阻R₀串联后接入电压为3V的电源两端，此时R₀的功率是0.4W．

Answer 1

分析 （1）由电路图，根据灯泡的额定电压确定电压表量程，并连接在灯泡两端；
（2）电流表指针几乎不动，电路中无电流，则为断路，电压表有示数，则与电压表并联的之外部分一定完好，据此确定故障所在；
（3）根据额定功率的定义，找出额定电压下的电流，根据P_额=U_额I计算额定电功率的大小；
（4）开关S接“a”、”b”各一次，根据电路图，确定能否使小灯泡正常发光，若不能，则无法测量小灯泡的额定电功率；
（5）小灯泡的电阻随电压（温度）的变化而变化，不是一个定值，所以，根据串联电路电流和电压的特点，由图乙找出符合条件的灯对应的电压和电流值，进而求出R₀的功率．

解答 解：
（1）待测小灯泡的额定电压为2.5V＜3.0V，电压表选用小量程，将电压表并联在小灯泡的两端，如下图所示；

（2）灯泡不亮，电流表指针几乎不动，电路中无电流，则为断路，电压表有示数，则与电压表并联的之外部分一定完好，说明与电压表并联的灯泡所在支路断路，导致电压表串联在电路中了，所以可能的原因是小灯泡断路（或小灯泡坏了或灯座处接触不良）；
（3）由图乙知，灯额定电压2.5V对应的电流为0.3A，
所以其额定功率P_额=U_额I=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）丙方案中，R₁、小灯泡、变阻器三者串联，S接1时，电压表测小灯泡的电压，S接2时测灯和定值电阻的总电压，可以确定小灯泡是否正常发光，且可以通过R₁的电压和电阻值求出灯泡正常发光时的电流，故丙方案能测出小灯泡的额定电功率．
丁方案中，根据“小华利用小明的实验器材”可知电源电压为3V，当电压表示数U_滑=U-U_L=3V-2.5V=0.5V时，灯泡正常发光，且可通过调节电阻箱的阻值使得开关接2时电压表示数仍为0.5V，则灯泡正常发光时的电阻等于电阻箱的阻值（等效法），根据P=$\frac{{U}_{额}^{2}}{{R}_{L}}$可以测出小灯泡的额定功率；
所以，丙、丁方案能测出小灯泡的额定功率；故选A；
（5）由图乙知，当灯的电压U_灯=1.0V，对应的电流I=0.2A时，根据串联电路电流的特点，通过定值电阻的电流大小等于0.2A，此时定值电阻的电压U_定=IR₀=0.2A×10Ω=2V，又根据串联电路电压的特点，灯和定值电阻的总电压U=U_灯+U_定=1V+2V=3V刚好为电源电压；
所以，此时R₀的功率P₀=U_定×I=2V×0.2A=0.4W．
故答案为：（1）如上图；（2）小灯泡断路；（3）0.75；（4）A；（5）0.4．

点评 本题用伏安法测量小灯泡的电功率，考查电路的连接、常见故障的分析、灯的额定功率及实际功率的计算．特别是最后一问，易把灯正常发光时的电阻当成其实际电阻与定值电阻串联求总电阻，是本题的易错点和难点．