Question

10．小庆同学想测定小灯泡的额定功率，他选用了以下器材：标有“2.5V”字样的小灯泡（正常工作电流约0.3A），电源为6V且不变，量程为“0～0.6A”与“0～3A”的电流表，量程为“0～3V”与“0～15V”的电压表，开关，导线若干，以及三种规格的滑动变阻器（分别标有“10Ω 1A”、“20Ω 0.5A”、“50Ω 0.2A”字样）．

（1）通过估算，小庆同学应选择标有“20Ω 0.5A”字样的滑动变阻器；
（2）请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整；
（3）连接好电路后，闭合开关，小庆同学发现无论怎样移动滑动变阻器滑片P，小灯泡都不发光，此时电压表示数为零，但电流表有示数，则故障为B；
A．灯泡断路         B．灯泡短路       C．变阻器断路        D．变阻器短路
（4）排除故障后，闭合开关，电压表示数为1.8V，此时应将滑片P向B（选填“A”或“B”）端移动到合适位置，读出电流表示数，即可算出额定功率．老师告诉小庆，电压表工作时内部其实有微弱的电流流过，由此可知所测额定功率偏大（选填“大”或“小”）．
（5）同组的小佳同学打算只利用一只电表和增加一个阻值为10Ω的电阻R₀，来测量小灯泡的额定功率．她设计了甲、乙两种不同方案的电路图，以下判断正确的是B
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．

Answer 1

分析 （1）由串联电路特点与欧姆定律求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，然后根据该阻值选择滑动变阻器；
（2）由电路图可知，滑动变阻器、灯泡、电流表组成一个串联电路，电压表测灯泡两端电压，由此连接电路；
（3）电流表有示数，则电路没有断路，电压表无示数，灯泡也不发光，可能灯泡短路；
（4）灯在额定电压下正常发光，比较电压表示数与额定电压的大小，由串联电路电压的规律及分压原理确定滑片移动的方向；根据并联电路电流的特点，比较实际通过灯的电流与电流表示数的大小，确定所测额定功率的变化情况；
（5）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．

解答 解：（1）灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
因为I=$\frac{U}{R}$，所以此时滑动变阻器接入电路的阻值为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3A}$≈11.7Ω，
灯泡正常发光时的电流约为0.3A，则滑动变阻器应选：“20Ω 0.5A”；
（2）由电路图知，滑动变阻器、灯泡、电流表组成一个串联电路，滑动变阻器一上一下接入电路．如图所示：

（3）电压表无示数，说明灯泡两端无电压，灯泡也不发光，电流表有示数，则可能与电压表并联的灯泡短路造成，故选B；
（4）灯在额定电压下正常发光，排除电路故障后，闭合开关，移动滑片P到某位置时，电压表的示数为1.8V小于灯的额定电压，若想测量小灯泡的额定功率应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器分得的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，应将滑片P向B端移动，使电压表的示数为2.5V；
通过灯的电流为I_L，电压表工作时，其实内部有微弱电流I_V通过，根据并联电路电流的特点，电流表的示数I=I_L+I_V，测量时，小灯泡的额定电功率P_L=U_L×I，而灯正常发光时的实际功率P=U_L×I_L，所以，P_L＞P，即所测量的额定功率偏大；
（5）图甲中，无论S接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发光，甲方案不能测定小灯泡的额定电功率；
乙方案中，R₀、小灯泡、变阻器三者串联，S接a时，电压表测定值电阻的电压，S接b时测灯和定值电阻的总电压，都无法确定小灯泡是否正常发光，乙方案不能测定小灯泡的额定电功率．所以，两种方案都不能测出小灯泡的额定功率．
故选B．
故答案为：（1）“20Ω 0.5A”；     （2）如上图；（3）B；（4）B；  大；（5）B．

点评 本题测小灯泡的功率，涉及电路的连接、实验的过程等，电功率大小的比较，考查特殊情况下测额定功率方案设计，综合性强，难度较大．