Question

16．小铁和小岭在测量额定电压是2.5V小灯泡电功率的实验中：
（1）为完成实验，请在图甲中画出伏安法测小灯泡电功率的电路图．
（2）若开关闭合后，发现无论怎样调节滑动变阻器，小灯泡发光较暗且亮度一直不变，则故障是滑动变阻器都接在了下面两个接线柱．
（3）故障排除后，调节滑动变阻器的滑片，当电压表示数为2V时，电流表示数如图乙所示，此时通过小灯泡的电流为0.22A，小灯泡此时的电功率为0.44W．若要测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向左（填“左”或“右”）移动（按照所画的电路图填），直到电压表示数为2.5V为止．
（4）移动滑动变阻器的滑片，记下多组电流表及对应电压表的示数，并画出图丙所示的I-U图象，从图象可算出小灯泡的额定功率为0.625W．
（5）两人继续调节滑动变阻器的过程中，小灯泡突然熄灭，电压表示数变大（填“变大”、“变小”或“不变”），经检查发现灯丝烧断．
（6）两人实验完毕后，又重新选择实验器材，不用电压表就测出了I_额=0.3A的小灯泡的额定功率，设计的电路图如图丁所示，请将下列实验步骤补充完整，并计算出小灯泡的额定功率（电源电压恒定且未知，滑动变阻器的最大阻值为30Ω）．
①将滑动变阻器的电阻调到最大，开关S₁闭合，S₂闭合（填“闭合”或“断开”）读出电流表的示数为0.2A，则电源电压为6V；
②开关S₁闭合，S₂断开（填“闭合”或“断开”），调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为0.3A时，小灯泡正常发光；
③开关S₁、S₂均闭合，滑动变阻器的滑片保持不变，读出电流表的示数为0.4A；
④小灯泡的额定功率P_额=0.45W．

Answer 1

分析 （1）伏安法测电阻，电源、开关、滑动变阻器、电流表、灯泡组成串联电路，电压表并联在待测电阻两端，据此作出电路图．
（2）发现无论怎样调节滑动变阻器，小灯泡发光较暗且亮度一直不变，说明滑动变阻器接错了，把滑动变阻器当定值电阻接入电路了；
（3）根据图乙电流表的量程和分度值读出示数，利用P=UI求出小灯泡此时的电功率；额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，根据串联电路的分压特点可知变阻器接入电路中电阻的变化，然后判断滑片移动的方向；
（4）根据图象读出额定电压下通过灯泡的电流，根据P=UI求出灯泡的额定功率；
（5）灯泡突然烧断，灯泡断路，电压表两极直接与电源两极相连，电压表测电源电压，电压表示数变大；
（6）只闭合开关S₁，移动滑片P，便电流表的示数为为0.3A，此时灯正常工作；
保持滑片的位置不动，再闭合开关S₂，此时灯被短路，电路中电流可读出，根据欧姆定律，可求电路中的电阻大小即为变阻器连入电路中的值，在（2）中，由欧姆定律可求出灯正常工作时的电压，根据P_额=U_额I求灯的额定电功率．

解答 解：（1）伏安法测电阻的实验电路图如图所示；
（2）灯泡发光较暗，电流表有示数说明电流太小，滑动变阻器的阻值太大，任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变说明滑动变阻器同时接到下面两个接线柱上；
（3）图乙电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.22A，小灯泡此时的电功率P=UI=2V×0.22A=0.44W；
此时灯泡两端的电压2V＜2.5V，由串联电路的分压特点可知，要测灯泡的额定功率，应减小滑动变阻器接入电路中的电阻，即滑片左移，直到电压表示数为2.5V时为止；
（4）由图象知，灯泡电压2.5V时，通过的电流为0.25A，所以小灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
（5）实验中小灯泡的灯丝突然被烧断，电压表串联在电路中，电压表示数约等于电源电压，所以电压表的示数变大．
只闭合开关S，移动滑片P，便电流表的示数为I=0.3A；
（6）①将滑动变阻器的电阻调到最大，开关S₁闭合，S₂ 闭合读出电流表的示数为0.2A，电源电压为：U=IR=0.2A×30Ω=6V；
②开关S₁闭合，S₂ 断开调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为 0.3A时，小灯泡正常发光；
③开关S₁、S₂均闭合，滑动变阻器的滑片保持不变，读出电流表的示数为0.4A；
④小灯泡的额定功率P_额=0.45W．
故答案为：（ 1）见上图；（2）滑动变阻器都接在了下面两个接线柱；（3）0.22； 0.44；   2.5；（4）0.625； （5）变大；（6）①闭合； 6； ②断开； 0.3； ③保持不动；④0.45．

点评 本题在没有电压表的情况下测量小灯泡的额定功率，利用开关短路引起电路的变化，根据测出的不同电流求出灯正常工作时的电压，最后求出灯的额定功率．