Question

16．在“测量小灯泡功率”的实验中．

（1）按图甲正确连接好电路，闭合开关后发现：小灯泡不亮，电流表示数为零，而电压表示数接近电源电压，经检查，电流表是完好的，仅滑动变阻器或小灯泡存在故障，则电路中的故障是小灯泡断路，排除故障后，闭合开关，发现小灯泡仍不亮，电流表指针偏转很小，要使该小灯泡发光只需向左移动滑动变阻器的滑片．
（2）观察小灯泡在不同电压下的高度，读出电压表，电流表示数，实验记录见下表：

实验序号	电压U/V	电流I/A	小灯泡亮度	实验功率P/W
①	2	0.18	偏暗	0.36
②	2.5	0.2	正常发光	0.5
③	3		偏亮

①由表格可知：该小灯泡额定电压为2.5V．
②当小灯泡两端电压为3V时，小灯泡偏亮，小明担心灯丝会烧断，于是立即断开开关，未读取电流表示数，同组的小华观察到当时电流表指针的位置如图乙所示，则通过小灯泡的电流为0.22A，小灯泡的实际功率为0.66W．
（3）如图丙是小明重新设计的另一种实验方案来测定小灯泡的额定功率（电源电压不变，电阻R=5Ω）．
①电路如图所示，开关S拨到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I₁；
②开关S拨到位置2，变阻器滑片位置不动，读出电流表示数I₂；先算出灯泡的电阻R_；L$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（请你用所测的物理量和已知量的符号表示），再根据P_额=$\frac{{U}_{{额}^{2}}}{{R}_{L}}$，计算灯泡的额定功率，他按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，原因是忽略了温度对灯丝电阻的影响，为了能准确测量灯泡的额定功率，他们只需要将上述步骤①改为将开关S拨到位置1，移动滑片P，使I₁R等于2.5V．

Answer 1

分析 （1）电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，据此判断故障所在；连接电路时，滑动滑动变阻器的滑片置于阻值最大处，要使灯正常发光，要移动滑片使变阻器连入电路的电阻减小；
（2）①小灯泡正常发光时的电压即为额定电压；②确定电流表小量程的分度值读数，根据P=UI计算实际功率；
（3）由电路图可知，R与L并联，当开关S拔到位置1时电流表测通过R的电流，当开关S拔到位置2时电流表测电路的总电流，根据欧姆定律求出并联部分的电压，根据并联电路的电流特点求出通过L的电流，进一步根据欧姆定律求出灯泡的电阻；因不同电压下灯泡的电阻不同，所以灯泡的额定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；调节滑动变阻器使电流表的示数和R的乘积为3.8V时可以测出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）闭合开关后，灯不亮，电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，因此电路故障为与电压表并联的小灯泡断路．（若滑动变阻器短路，则电流表示数不为0，灯亮；若滑动变阻器断路，则电流表无示数，均与题目不符，排除了变阻器的故障）；
排除故障后，闭合开关，仍发现小灯泡不亮，电流表指针偏转很小，说明灯的电压太小，滑动变阻器连入电路中的电阻太大．为了增大灯泡的电压，就要减小变阻器两端的电压，根据分压原理可知，要减小变阻器连入电路中的电阻，所以，需向左移动变阻器的滑片；
（2）①由表格可知，小灯泡正常发光时的电压，即额定电压为2.5V；
②根据表格数据可知，电流表选用的是小量程，电流表小量程的分度值为0.02A，电流表示数为0.22A，小灯泡的实际功率：P=UI=3V×0.22A=0.66W；
（3）因R与L并联，
所以，并联部分两端的电压U=I₁R，
通过灯泡的电流为I_L=I₂-I₁，
则灯泡的电阻R_L=$\frac{U}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
因灯泡的电阻与温度有关，
所以，灯泡的额定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；
当调节滑动变阻器使电流表的示数和R的乘积为2.5V时，测出此时电路中的电流并求出通过灯泡的电流，即可利用P=UI求出灯泡的额定功率．
故答案为：（1）小灯泡断路； 向左移动滑动变阻器的滑片； （2）①2.5； ②0.22； 0.66；（3）$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；忽略了温度对灯丝电阻的影响；将开关S拨到位置1，移动滑片P，使I₁R等于2.5V．

点评 此题是测量灯泡的电功率实验，考查了欧姆定律在串联电路中的应用，电压表、滑动变阻器规格的选择，同时考查了灯丝电阻与温度的关系，这些都是实验中容易忽略的问题，难度较大．