Question

12．小华测量小灯泡功率的实验，所用小灯泡的额定电压为2.5V．

（1）实验中所用电压表在未接入电路时表盘如图甲所示，在使用它测量前应进行的操作是将电压表指针调零．
（2）小华连接的电路如图乙所示，其中有一根导线连接错误，导致开关没有闭合时表就有读数．请在这根导线上打“×”，并用笔画线代替导线，将其改正．
（3）实验中测出小灯泡在U=2.0V时的功率后，要测量其额定功率，应向右（左/右）移动滑动变阻器的滑片．当电压表示数达到额定电压时，电流表示数如图丙所示，其值为0.26A，则小灯泡的额定功率为0.65W．
（4）小华打算增加一个阻值为 10Ω 的电阻 R₀，只利用一只电表，通过简单操作（开关S接“a”、“b”各一次）来测量这个额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率．图丁是小华设计的两种不同方案的电路图，经过小组同学讨论后认为两种方案均不能完成实验．
①方案一不可行的原因是无论S接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发光，不能测定小灯泡的额定电功率；．
②小组同学对方案二中的电路稍加改动后完成实验．请你在虚线框内画出改动后的电路图．（已画出部分电路）

Answer 1

分析 （1）电表在使用前要进行调零；
（2）分析电路，找到导致开关没有闭合时电表就有读数的原因分析答题；
（3）灯在额定电压下正常发光，比较电压表示数与灯的额定电压的大小，根据串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片的移动方向；
由图丙电流表小量程读出其示数，然后由P=UI求出灯泡额定功率；
（4）①灯在额定电压下的功率为额定功率，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；
②根据①在存在的问题作相应改动．

解答 解：（1）由图甲所示可知，电压表指针没有指在零刻度线上，在使用前应对电压表进行调零，使指针指在零刻度线上；
（2）由图乙所示电路图可知，电压表经电流表、变阻器直接接在电源两端了，电压表连线错误，在闭合开关前，电压表有示数，修改后的电路图如下左图所示：

（3）电压表示数为2V，小于灯泡额定电压，为测灯泡额定功率，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律应减小变阻器的电阻，由分压原理，要减小变阻器连入电路中的电阻大小，应向右移动滑片，使电压表示数等于灯泡额定电压2.5V；
由图丙所示电流表可知，其量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.26A，
灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.26A=0.65W．
（4）①方案一中，无论S接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发光，不能测定小灯泡的额定电功率；
方案二中，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，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．
②根据方案中存在的问题，可将灯与定值电阻位置互换，如上右图所示：
实验步骤：a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为3.8V，灯正常发光；
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
在开关转换时，电路的连接没有改变，滑片位置不动，各用电器的电阻和电压均不变，灯仍正常发光，电压表示数U为灯与定值电阻的电压，由串联电路电压的规律，定值电阻的电压U₀=U-3.8V，由欧姆定律可求出通过定值电阻的电流，即灯正常发光的时的电流大小I_L=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，根据P_L=U_LI_L可求出灯的额定功率．
故答案为：（1）将电压表的指针调零；
（2）见上左图；
（3）右；0.26；0.65；
（4）①无论S接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发光，不能测定小灯泡的额定电功率；
②如上右图所示．

点评 本题测量小灯泡功率的实验，考查电压表使用注意事项、电路的连接、操作过程、电流表的读数、额定功率的计算、及对实验方案析评估能力和尝试改进实验方案的能力，有难度．