Question

17．一只小燈泡的額定電流為0.2A，正常發(fā)光時的電阻約為8?．小明想測量這個小燈泡的額定功率，實驗室中有如下器材：一個電壓表、一個電流表、一個開關(guān)，電壓為恒為6V的電源，滑動變阻器有A規(guī)格：“10? 2A”、B規(guī)格：；“30? 1A”可選．導(dǎo)線若干．
（1）本實驗應(yīng)該選擇B（選填“A”或“B”） 規(guī)格的滑動變阻器．
（2）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示電路連接完整（要求滑片向左滑動時變阻器阻值變�。�．

（3）小明在連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表指針立刻偏到最大刻度處，小燈泡發(fā)出明亮的光，上述現(xiàn)象反映他在操作中存在的不規(guī)范之處是連接電路時，沒有斷開開關(guān)，閉合開關(guān)前滑片沒放在阻值最大處．
（4）排除故障后，小明發(fā)現(xiàn)他很幸運，電表并沒有因此而損壞．小明便開始進行測量，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置直到小燈泡正常發(fā)光，此時電壓表示數(shù)如圖乙所示，則該小燈泡的額定功率為0.4W．
（5）完成上述實驗后，小明進行了反思，如果剛才電流表被損壞了，能不能換成其他的實驗器材來完成實驗?zāi)�，�?jīng)過思考，他用了一個已知阻值的電阻R₀并增加了兩個開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設(shè)計了如圖丙所示的電路．請在方框中畫出電路圖，使這個電路能測出前面實驗中燈泡的額定功率，并符合下列操作步驟：
①僅閉合開關(guān)S₁、S₂，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2V；
②僅閉合開關(guān)S₁、S₃，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達式為P_額=2V×$\frac{{U}_{RL}-2V}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）；
④R₀的阻值不能超過20?．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路特點和歐姆定律計算燈泡正常發(fā)光滑動變阻器連入阻值，從而確定滑動變阻器的規(guī)格；
（2）實驗中，燈、電流表、滑動變阻器應(yīng)串聯(lián)在電路中，電壓表測燈泡兩端電壓，根據(jù)燈泡正常發(fā)光電壓和電流確定電表量程，由此連接電路；
（3）連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開，滑片的位置，由此分析操作不規(guī)范之處；
（4）由圖示電壓表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，然后又P=UI 求出燈泡額定功率．
（5）首先通過移動滑片使燈兩端的電壓為2.5V，使燈正常工作，所以應(yīng)將電壓表與燈并聯(lián)；因沒有電流表，所以電壓表和定值電阻應(yīng)起到電流表的作用，在保持滑片位置不變的情況下，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換測算出定值電阻的電壓，即可求出通過定值電阻的電流大小；將燈與定值電阻串聯(lián)，燈正常工作時，通過定值電阻的電流大小就等于燈的電流；根據(jù)P_額=U_額I求出燈的額定功率，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，計算出R₀的電阻．

解答 解：
（1）由歐姆定律可知，當I=0.2A時燈泡正常發(fā)光，此時電路的總電阻為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律可得此時變阻器連入阻值：
R_滑=R_總-R_L=30Ω-8Ω=22Ω＞10Ω，所以應(yīng)選擇規(guī)格為“30Ω 1A”的滑動變阻器B；
（2）測量燈泡額定功率的實驗中，小燈泡、電流表、滑動變阻器應(yīng)串聯(lián)，由燈泡正常發(fā)光電路可知電流表應(yīng)使用0-0.6A量程，由燈泡額定電壓知電壓表應(yīng)使用0-3V表量程與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器一上一下接入電路，且滑片向左滑動時變阻器阻值變小，故接左下接線柱，如圖所示：

（3）連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，電壓表指針立刻偏到最大刻度處，說明連接電路時沒有斷開開關(guān)；且滑動變阻器沒有放在阻值最大處；
（4）由圖示電壓表可知，其量程為0～3A，分度值為0.1A，示數(shù)為2V，
所以燈泡額定功率：P=UI=2V×0.2A=0.4W；
（5）①按上面的分析連接電路，如下圖所示：

②只閉合S₁、S₂，移動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為2V；
保持滑片的位置不動，斷開S₂，閉合S₃，記下電壓表的示數(shù)U_LR；
③在上面的操作中，當燈正常發(fā)光后，滑片的位置不動，開關(guān)的轉(zhuǎn)換沒有引起電路連接關(guān)系的改變，各用電器兩端的電壓不變，所以，定值電阻R0兩端的電壓為
U₀=U_IR-2V，通過其的電流大小I=$\frac{{U}_{LR}-2V}{{R}_{0}}$，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點，通過燈的電流大小為I，所以，燈的額定功率P=UI=2V×$\frac{{U}_{RL}-2V}{{R}_{0}}$；
因為燈泡正常發(fā)光時I=0.2A，電源電壓為6V，R_L=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω，故R_0最大=$\frac{U}{I}$-R_L=$\frac{6V}{0.2A}$-10Ω=20Ω．
故答案為：（1）B；（2）見上圖；（3）連接電路時，沒有斷開開關(guān)；閉合開關(guān)前滑片沒放在阻值最大處；（4）0.4；（5）電路圖如上：①2；②$2V×\frac{{U}_{RL}-2V}{{R}_{0}}$；③22．

點評 本題考查了實驗器材的選擇、連接實物電路圖、電路故障分析、電表讀數(shù)、求功率等問題，是實驗的�？紗栴}，一定要掌握，對電表讀數(shù)時，要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直．