Question

7．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，（电源由三节新干电池串联组成）小刚连接了如图所示的电路．同组的小明发现电路连接有错．

（1）连接电路时开关应断开，闭合开关前滑动变阻器的滑片应移到B端（填“A”或“B”）．
（2）小明主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小刚灵机一动，在图示电路中只改变了某根导线一端的接点位置，电路就能测量小灯泡额定功率．请你在图中小刚改动的导线上画“×”，并正确的连线．
（3）小刚同学闭合开关，移动滑片P到某一点时，电压表示数（如图乙所示）为2.2V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向A（选填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5V．
（4）小明同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I-U 图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W．
（5）小刚和小明认真思考后发现，在原有器材基础上，补充一个已知阻值的定值电阻R，只要一个电表也可以测出小灯泡的电功率．图丁电路图中，在不改变电路连接的情况下，不能测出小灯泡额定功率的是B．

Answer 1

分析 （1）连接电路时开关应断开，变阻器连入电路中的电阻最大；
（2）电压表应并联在灯的两端，电流表串联在电路中；
（3）根据电压表小量程读数，与额定电压比较大小，根据分压原理确定滑片移动的方向；
（4）根据图丙找出额定电压下对应的电流大小，根据P=UI求出灯的额定功率；
（5）小灯泡的额定功率等于额定电压和额定电流的乘积：
①若缺少电压表，则电流表和定值电阻应起到电压表的作用，所以定值电阻和电流表串联后应和灯并联，通过移动滑片，当通过R的电流为I_R=$\frac{2.5V}{R}$，灯正常工作；在滑片位置不动的情况下，通过开关的转换，再使电流表测出通过灯（正常工作）和定值电阻并联的总电流I，因通过定值电阻的电流大小不变，根据并联电路电流的特点，可求出灯正常工作时的电流，根据P=UI可求灯的额定功率；
②若缺少电流表，电压表和定值电阻起到测电流的作用，电压表并联在灯的两端，通过移动滑片首先使灯正常工作，然后在滑片不动的情况下（各用电器的电压保持不变），通过开关的转换，使电压表测出灯和定值电阻串联的总电压，根据串联电路电压的特点，从而求出定值电阻的电压，根据欧姆定律求出通过R的电流，即灯正常工作时的电流，根据P=UI可求灯的额定功率；

解答 解：（1）为保护电路，连接电路时开关应断开，变阻器连入电路中的电阻最大，即滑片移动到B端；
（2）电压表应并联在灯的两端，电流表串联在电路中．将灯泡与滑动变阻器相连的线去掉改接在电源负极，如下图所示．

（3）电压表小量程为0.1V，示数为2.2V，小于灯的额定电压，要测灯的额定电压，就要增大灯的电压而减小变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向右A端移动；
（4）由图丙知，当灯的电压为2.5V时，对应的电流大小为0.2A，则灯的额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（5）A选项中，只闭合S、S₁，移动滑片使电流表示数为I_R=$\frac{2.5V}{R}$，则与R并联的灯的电压为2.5V，灯正常发光；保持滑片的位置不动，断开S₁、闭合S₂，所以此时电流表的示数I即为通过灯和定值电阻的总电流，因电路的连接关系没有改变，各用电器两端的电压不变，通过用电器的电流没有改变，所以灯正常工件时的电流大小I_L=I-$\frac{2.5V}{R}$，根据P_L=U_LI可求灯的额定电功率；A选项可测出灯的额定功率；
B、不论怎样闭合、断开各开关，都不能确定灯泡是否正常发光，故不能测出灯泡的额定功率；
C或D选项，先闭合S_I，将单刀双掷开关置于2（或1），移动滑片使电压表示数为U_L=2.5V，灯正常发光；保持滑片位置不动，将单刀双掷开关置于1（或2），则电压表测灯和定值电阻的总电压U_LR，因各用电器的电压均不改变，所以，定值电阻R的电压为U_R=U_IR-U_L，通过R的电流即灯正常工作时的电流I_L=$\frac{{U}_{LR}{-U}_{L}}{R}$，根据P_L=U_LI可求灯的额定电功率；CD选项均可测出额定功率；
故不能测出小灯泡额定功率的是B．
故答案为：（1）断开；B；
（2）如上图所示；
（3）2.2；A；
（4）0.5；
（5）B．

点评 本题测量小灯泡额定功率，考查电路的连接、注意事项、操作过程、额定功率的计算及对实验方案的评估能力，最后一问，综合性强，难度大，对能力要求高．