Question

10．在測定“小燈泡電功率”的實驗中，小明所在的實驗小組用的電源電壓為4.5V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為10Ω．他們所設(shè)計的實驗電路如圖甲所示．
（1）在連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，電流表的量程應(yīng)選0～0.6A．
（2）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，按照電路圖將實物電路補(bǔ)充完整．（導(dǎo)線不能交叉）

（3）按電路圖連接成實物圖后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮、電流表指針不動、電壓表指針有明顯的偏轉(zhuǎn)，則電路故障原因可能是小燈泡斷路；
（4）故障排除后重新閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，如圖乙電壓表的示數(shù)2V，若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑片P向A（填“A”或“B”）端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5伏；
（5）小明同學(xué)移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的圖象．根據(jù)
圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5瓦．該圖象不是直線，主要原因是燈絲電阻隨著溫度的升高而增大．
（6）喜愛探究小組還想探究在缺少電流表的情況下，如何測小燈泡的額定功率額．老師又給的兩個開關(guān)S₁、S₂及一個定值電阻R₀及導(dǎo)線，也完成了對小燈泡額定功率的測量．請你在右側(cè)的虛線框內(nèi)畫出實驗設(shè)計的電路圖．

Answer 1

分析 （1）為保護(hù)電路，連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開；根據(jù)燈泡額定電壓與燈泡電阻求出燈泡正常發(fā)光時的電流，根據(jù)該電流確定電流表的量程；
（2）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電流確定電流表量程，
滑動變阻器、燈泡、電流表、開關(guān)串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；
連線時注意滑動變阻器的接法，注意電壓表與電流表正負(fù)接線柱不要接反；
（3）用電壓表檢測電路故障時，當(dāng)電壓表的示數(shù)為零時，故障有：①被測部分電路短路；②其它部分電路斷路．
當(dāng)電壓表有示數(shù)，且接近電源電壓時，故障是：①被測部分電路斷路；②其它部分電路短路．
（4）由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)--電壓和電阻成正比，來分析滑動變阻器的滑片移動情況．
（5）從圖象上找到額定電壓對應(yīng)的點(diǎn)，讀出對應(yīng)的電流，利用P=UI計算額定功率．該圖象不是直線，即電壓和電流的比值不是定值，說明小燈泡發(fā)光的過程中，影響電阻大小的因素是存在的．
（6）沒有電流表，只有電壓表，使已知電阻R₀與燈泡串聯(lián)，間接求燈泡正常工作時的電流．
滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，使燈泡正常工作，電壓表與燈泡并聯(lián)，使電壓表示數(shù)為燈泡額定電壓6V．
再通過開關(guān)閉合與斷開，電壓表與燈泡和已知電阻并聯(lián)，滑動變阻器滑片位置不動，測兩者的總電壓，求已知電阻電壓，求已知電阻電流，即燈泡正常工作時的電流，根據(jù)P=UI計算燈泡額定功率，

解答 解：（1）在連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)；
燈泡正常發(fā)光時的電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，則電流表應(yīng)選0～0.6A量程；
（2）燈泡額定電壓是2.5V，則電壓表選3V量程，電流表選0.6A量程；
滑動變阻器、燈泡、電流表、開關(guān)串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電路圖如圖所示；

（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表指針有明顯的偏轉(zhuǎn)，此時的故障有兩種可能：①被測部分電路斷路；②其它部分電路短路．如果是其它部分短路，小燈泡會亮、電流表指針會動，故不符合要求．因此可以斷定電路故障為：小燈泡（被測部分）斷路．
（4）電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2V，而額定電壓為2.5V，故應(yīng)使小燈泡兩端的電壓增大，就應(yīng)該讓滑動變阻器兩端的電壓減小，就必須把滑動變阻器的阻值調(diào)小，即滑片向A移動．
（5）由圖象知，當(dāng)燈的電壓是2.5V時，對應(yīng)的電流值為0.2A，額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線，說明小燈泡的電阻不是定值，并且燈絲的電阻隨電壓的增大而升高，即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（6）燈泡與已知電阻、滑動變阻器串聯(lián)，移動滑動變阻器滑片，當(dāng)燈泡并聯(lián)的電壓表示數(shù)為6V時，燈泡正常工作．
滑動變阻器滑片位置不變，通過閉合、斷開開關(guān)，使電壓表并聯(lián)在燈泡與R₀兩端．求R₀電壓，求R₀電流，即燈泡額定電流，根據(jù)P=UI計算額定功率，如圖．

故答案為：（1）斷開；0～0.6； （2）連線如圖；（3）小燈泡斷路；（4）2V；A；（5）0.5； 燈絲電阻隨著溫度的升高而增大；（6）畫電路如圖．

點(diǎn)評 電壓表損壞時，已知電阻與燈泡并聯(lián)，再與滑動變阻器串聯(lián)，調(diào)節(jié)滑片使燈泡正常工作，滑片位置不動，再測已知電阻電流，求已知電阻電壓，即燈泡的額定電壓，根據(jù)P=UI計算燈泡的額定功率．