Question

18．采用如图甲所示的电路进行“测量小灯泡的电功率”实验，其中电源由两节干电池提供，已知小灯泡额定电压为2.5V．

（1）电路连接好后如图甲所示，先将滑动变阻器的滑片P移到最右（左/右）端，再闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，则出现故障的原因是小灯泡短路（小灯泡断路/小灯泡短路）．
（2）故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某处时，电压表示数为2V，为了测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向左（左/右）端移动，使电压表示数为2.5V，此时电流表指针位置如图乙所示，则小灯泡的额定功率为1.25W，同时还可求出小灯泡正常发光时的电阻为5Ω．
（3）若此实验中电流表坏了，为了测出小灯泡的额定功率，小组同学们增加了一个R₀=5Ω的定值电阻，设计了如图丙所示的电路和如下实验方案：
①调节滑片，使电压表的示数为小灯泡的额定电压；
②保持滑片位置不变，只将电压表a点改接到c点，测出定值电阻R₀两端的电压U₀；
③通过计算，可先求出电路中的电流I，就可得到小灯泡的额定功率P．
请你指出该设计方案中存在的两个问题：无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光：只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反．

Answer 1

分析 （1）电路连接好后，应将滑动变阻器的滑片P移到最大值处；电流表有示数，电路是通路，再根据小灯泡不亮，电压表示数情况分析判断故障的原因；
（2）根据电压表示数与灯泡额定电压的关系确定滑动变阻器滑片的移动方向，移动滑动变阻器滑片知道电压表示数等于灯泡额定电压为止；根据图示确定电流表的量程、最小分度值，读出电流表的示数；然后根据P=UI求出灯泡的额定功率；最后由欧姆定律求出灯泡阻值；
（3）根据串联电路的特点分析灯泡是否能够正常发光；电压表并联在电路中，电流应从正接线柱流入，负接线柱流出．

解答 解：
（1）为了保护电路，电路连接好后，应先将滑动变阻器的滑片P移到最大值右端；
闭合开关，电流表有示数，说明电路是通路，但发现小灯泡不亮，电压表无示数，则出现故障的原因可能是小灯泡短路；
（4）电压表示数2V时，灯泡两端电压小于灯泡额定电压，要测灯泡额定功率应向左移动滑动变阻器的滑片，减小滑动变阻器分得电压，以增大灯泡电压等于灯泡额定电压2.5V为止；
由图乙知，电流表的量程是0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.5A，
则灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.5A=1.25W；
此时灯泡电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.5A}$=5Ω；
（3）由题意知，电源电压约为3V，灯泡正常发光时电阻为5Ω，
当变阻器电阻为零时，设灯泡两端的电压为U_L，根据串联电路电流相等的特点有：$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{U-{U}_{L}}{{R}_{0}}$，
即：$\frac{{U}_{L}}{5Ω}$=$\frac{3V-{U}_{L}}{5Ω}$，
解得：U_L=1.5V，所以无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；
保持滑片位置不变，只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反，无法测出R₀两端的电压．
故答案为：
（1）右；小灯泡短路；
（2）左；1.25；5；
（3）无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反．

点评 本题考查了连接电路的注意事项、电路故障分析、电表读数、求灯泡功率及灯泡电阻，还考查了对实验设计的分析，涉及的内容较多，关键掌握测量的原理．