Question

某同学在“测定小灯泡功率”的实验中，所用电源因电池陈旧而电压未知，但其电压高于小灯泡的额定电压．滑动变阻器标有“2A  20Ω”字样，标有“2.5V”字样且规格相同的小灯泡若干个，他按照图所示的电路按正常操作步骤进行实验．当P移在b端时，他闭合电键，发现电压表无读数，电流表读数为0.28安，灯不亮．移动滑片P灯仍不亮，断开电键，换一个新的小灯泡，再闭合电键，灯亮，电流表读数减少，但电压表无读数．把电压表换一个量程，仍无读数．该同学经过思考、分析后，重新进行实验，使小灯泡正常发光，此时P的位置恰好在滑动变阻器的中点上．
（1）简述产生上述实验故障的原因．
（2）求出小灯泡的额定功率．

Answer 1

分析：（1）电流表串联在电路中，电流表有示数，电路是通路，灯泡不亮，灯泡短路．
电压表测量导线电压，U=IR=I×0Ω=0V．
更换灯泡后，灯泡发光，电压表还是无示数，电压表坏了．
（2）本题有两个过程：
第一个过程，灯泡短路，只有滑动变阻器全部接入，R=20Ω，知道电流和电阻，求得电源电压．
第二个过程，灯泡和滑动变阻器串联，滑动变阻器有一半连入电路，R'=10Ω，灯泡正常工作，知道灯泡电压和电源电压，求得滑动变阻器的电压，再求通过滑动变阻器的电流即灯泡额定电流，根据P=UI求额定功率．

解答：解：（1）电流表示数为0.28A，电路通路，灯泡串联在电路中，灯泡短路，电压表测量导线电压，导线电阻为0，电压为0．
更换一个新灯泡之后，灯泡发光，电压表还是没有示数，更换量程之后，还是没有示数，所以，电压表坏了．
（2）灯泡短路，只有滑动变阻器全部接入电路，
U_总=IR=0.28A×20Ω=5.6V，
更换新灯泡，滑动变阻器接入一半电阻，R'=10Ω，灯泡正常工作，灯泡电压为2.5V，
所以，滑动变阻器的电压为：U'=U_总-U_L=5.6V-2.5V=3.1V，
I'=

U′

R′

=

3.1V

10Ω

=0.31A，
灯泡额定功率为：P=U_LI'=2.5V×0.31A=0.775W．
故答案为：（1）小灯泡短路；电压表损坏；（2）0.775W．

点评：本题不是常规测量电功率的方法，而是通过灯泡短路，滑动变阻器全部接入电路，求得电源电压；再把另一个新灯泡接入电路正常工作，通过滑动变阻器的电压和电阻求电流，即灯泡电流．本实验涉及到更多的计算，给实验增大了难度．