Question

10．在测定“小灯泡电功率”的实验中，小明所在的实验小组用的电源电压为4.5V，小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为10Ω．他们所设计的实验电路如图甲所示．
（1）在连接电路时，开关应处于断开状态，电流表的量程应选0～0.6A．
（2）请你用笔画线代替导线，按照电路图将实物电路补充完整．（导线不能交叉）

（3）按电路图连接成实物图后，闭合开关，发现小灯泡不亮、电流表指针不动、电压表指针有明显的偏转，则电路故障原因可能是小灯泡断路；
（4）故障排除后重新闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，如图乙电压表的示数2V，若要测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向A（填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5伏；
（5）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图象．根据
图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5瓦．该图象不是直线，主要原因是灯丝电阻随着温度的升高而增大．
（6）喜爱探究小组还想探究在缺少电流表的情况下，如何测小灯泡的额定功率额．老师又给的两个开关S₁、S₂及一个定值电阻R₀及导线，也完成了对小灯泡额定功率的测量．请你在右侧的虚线框内画出实验设计的电路图．

Answer 1

分析 （1）为保护电路，连接电路时开关应断开；根据灯泡额定电压与灯泡电阻求出灯泡正常发光时的电流，根据该电流确定电流表的量程；
（2）根据灯泡额定电压确定电压表量程，根据灯泡正常发光时的电流确定电流表量程，
滑动变阻器、灯泡、电流表、开关串联接入电路，电压表并联在灯泡两端；
连线时注意滑动变阻器的接法，注意电压表与电流表正负接线柱不要接反；
（3）用电压表检测电路故障时，当电压表的示数为零时，故障有：①被测部分电路短路；②其它部分电路断路．
当电压表有示数，且接近电源电压时，故障是：①被测部分电路断路；②其它部分电路短路．
（4）由串联电路的电压特点--电压和电阻成正比，来分析滑动变阻器的滑片移动情况．
（5）从图象上找到额定电压对应的点，读出对应的电流，利用P=UI计算额定功率．该图象不是直线，即电压和电流的比值不是定值，说明小灯泡发光的过程中，影响电阻大小的因素是存在的．
（6）没有电流表，只有电压表，使已知电阻R₀与灯泡串联，间接求灯泡正常工作时的电流．
滑动变阻器与灯泡串联，使灯泡正常工作，电压表与灯泡并联，使电压表示数为灯泡额定电压6V．
再通过开关闭合与断开，电压表与灯泡和已知电阻并联，滑动变阻器滑片位置不动，测两者的总电压，求已知电阻电压，求已知电阻电流，即灯泡正常工作时的电流，根据P=UI计算灯泡额定功率，

解答 解：（1）在连接电路时，开关应处于断开状态；
灯泡正常发光时的电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，则电流表应选0～0.6A量程；
（2）灯泡额定电压是2.5V，则电压表选3V量程，电流表选0.6A量程；
滑动变阻器、灯泡、电流表、开关串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，电路图如图所示；

（3）闭合开关，发现电压表指针有明显的偏转，此时的故障有两种可能：①被测部分电路断路；②其它部分电路短路．如果是其它部分短路，小灯泡会亮、电流表指针会动，故不符合要求．因此可以断定电路故障为：小灯泡（被测部分）断路．
（4）电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2V，而额定电压为2.5V，故应使小灯泡两端的电压增大，就应该让滑动变阻器两端的电压减小，就必须把滑动变阻器的阻值调小，即滑片向A移动．
（5）由图象知，当灯的电压是2.5V时，对应的电流值为0.2A，额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
小灯泡的电流随电压变化的图象不是一条直线，说明小灯泡的电阻不是定值，并且灯丝的电阻随电压的增大而升高，即灯丝的电阻随温度的升高而增大．
（6）灯泡与已知电阻、滑动变阻器串联，移动滑动变阻器滑片，当灯泡并联的电压表示数为6V时，灯泡正常工作．
滑动变阻器滑片位置不变，通过闭合、断开开关，使电压表并联在灯泡与R₀两端．求R₀电压，求R₀电流，即灯泡额定电流，根据P=UI计算额定功率，如图．

故答案为：（1）断开；0～0.6； （2）连线如图；（3）小灯泡断路；（4）2V；A；（5）0.5； 灯丝电阻随着温度的升高而增大；（6）画电路如图．

点评 电压表损坏时，已知电阻与灯泡并联，再与滑动变阻器串联，调节滑片使灯泡正常工作，滑片位置不动，再测已知电阻电流，求已知电阻电压，即灯泡的额定电压，根据P=UI计算灯泡的额定功率．