Question

17．小张和小李两位同学各自进行“测定小灯泡电功率”的实验．实验中使用的小灯泡上标有“2.5V”字样，滑动变阻器上标有“20Ω  2A”字样．

（1）小张连接的电路如图甲所示，实验操作步骤完全正确，闭合开关后，发现小灯泡发光较暗，电流表、电压表的示数如图乙（a）、（b）所示，他所用的电源电压为4.5V．接着他移动滑动变阻器的滑片P，当观察到电压表的示数为2.5V时，此时滑动变阻器的滑片恰好在中点上，小灯泡正常发光时的功率为0.5W．
（2）小李正确连接了电路，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，观察到小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表的示数为零．若电路中只存在一处故障，则故障是灯泡短路．

Answer 1

分析 （1）实验步骤正确，闭合开关时滑动变阻器接入电路的阻值为滑动变阻器的最大阻值，由图2读出电表示数，由公式U=IR及串联电路特点求出电源电压；由串联电路特点求出电压表示数为2.5V时滑动变阻器两端电压，然后由欧姆定律求出电路电流，最后由电功率公式P=UI求出灯泡正常发光时的电功率．
（2）电路故障有两种：断路或短路；灯泡不亮，可能是灯泡断路或灯泡短路或灯泡之外电路断路造成的；电流表有示数，说明电路不存在断路；电压表没有示数，可能是电压表并联电路之外电路存在断路或与电压表并联的灯泡短路造成的；综合分析可知，电路故障原因是：灯泡短路．

解答 解：（1）由图2可知，电流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.14A；
由图（b）可知电压表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，电压表示数是1.7V；
闭合开关时，滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=20Ω，
电源电压U=U_L+U_滑=U_V+IR_滑=1.7V+0.14A×20Ω=4.5V；
当电压表示数等于灯泡额定电压2.5V时，滑动变阻器两端的电压U_滑′=U-U_L额=4.5V-2.5V=2V，
此时电路电流I′=$\frac{{U}_{滑}′}{\frac{1}{2}{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{\frac{1}{2}×20Ω}$=0.2A，灯泡正常发光时的功率P=U_L额I′=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表的示数为零，电路中只存在一处故障，则故障是灯泡短路．
故答案为：（1）4.5；0.5；（2）灯泡短路．

点评 本题考查了求电源电压、灯泡功率、电路故障分析等问题，熟练应用串联电路特点及欧姆定律、电功率公式是正确解题的关键．