Question

3．在“測(cè)定小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，選用如圖1所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．

（1）為了順利完成實(shí)驗(yàn)探究，下列兩種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用B
A．“15Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器      
B．“50Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器
（2）用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖1實(shí)物電路連接完整，P右移燈變亮．
（3）閉合開(kāi)關(guān)前，應(yīng)將圖1中所示的滑動(dòng)變阻器的滑片滑到電阻最大處．
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障原因是小燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片，電壓表的示數(shù)如圖2所示，其讀數(shù)是2.2V；為了測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向B端移動(dòng)．
（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖3所示）．實(shí)驗(yàn)中觀察到：當(dāng)小燈泡兩端的電壓低于0.5V時(shí)，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實(shí)際電功率太�。�
（7）、此實(shí)驗(yàn)還可以只用電流表而不用電壓表也能測(cè)燈泡額定功率，其電路如圖4所示，R₀已知，其中關(guān)鍵的一步是必須調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，S、S₁閉合S₂斷開(kāi)，使電流表A的示數(shù)為I₁時(shí)燈泡正常發(fā)光，P不動(dòng)，S、S₁閉合，S₂斷開(kāi)，再讀出電流表A的示數(shù)I₂，才能計(jì)算出小燈泡的額定功率P_額=2.5（I₂-I₁）．

Answer 1

分析 （1）由I=$\frac{U}{R}$計(jì)算燈泡正常發(fā)光的電流，滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)．根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算滑動(dòng)變阻器的電阻；
（2）由（1）知額定電流，判斷出電流表的量程；滑動(dòng)變阻器按“一上一下”接且P右移燈變亮，即接右下接線柱；
（4）閉合開(kāi)關(guān)，燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路了；電壓表的指針有示數(shù)，說(shuō)明電壓表通過(guò)電流表和滑動(dòng)變阻器與電源兩極相連，由此分析故障的原因；
（5）讀出電壓表示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理分析滑片的移動(dòng)方向；
（6）燈泡亮度由實(shí)際功率決定，由此分析解答．
（7）由電路圖可知，電路中無(wú)電壓表，只有電流表；要測(cè)2.5V的小燈泡L的額定，可根據(jù)并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等進(jìn)行設(shè)計(jì)電路；即調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻，使R₀與電流表示數(shù)的乘積為2.5V，再用電流表測(cè)出干路電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出通過(guò)燈泡的電流，最后利用P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）測(cè)量小燈泡的電功率實(shí)驗(yàn)中，L與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)L兩端電壓，電流表測(cè)電路中電流，
由題知燈泡正常發(fā)光時(shí)電路中電流約為：I=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，由串聯(lián)電路特點(diǎn)可知：
I=I_R=I_L=0.21A，
此時(shí)變阻器連入阻值：R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.21A}$≈16.7Ω，
所以應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為50Ω 0.5A；
故選B；
（2）由上面解答知燈泡的額定電流為0.21A＜0.6A，故電流表的量程為0-0.6A，P右移燈變亮，表示連入電路的電阻絲變短，電阻減小，故滑動(dòng)變阻器接右下接線柱，電路連接如下圖所示：

（4）小燈泡不亮，電流表沒(méi)有示數(shù)，說(shuō)明電路中有斷路的地方，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的兩個(gè)接線柱和電源連接的部分沒(méi)有斷路，故障是小燈泡斷路了；
（5）電壓表測(cè)量燈泡的電壓，電壓表量程0-3V，分度值0.1V，由圖知電壓表示數(shù)為2.2V，即燈泡兩端的電壓為2.2V，
要使燈泡兩端電壓由2.2V增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻減小，滑動(dòng)變阻器連入電路的部分減小，滑片向B端移動(dòng)；
（6）由圖象知，當(dāng)小燈泡兩端的電壓低于0.5V時(shí)，小燈泡的電流小于0.1A，此時(shí)電功率會(huì)小于P=UI=0.5V×0.1A=0.05W，實(shí)際功率太小，所以燈泡不發(fā)光；
（7）由實(shí)驗(yàn)電路圖可知主要測(cè)量步驟：
①閉合開(kāi)關(guān)S和S₁，斷開(kāi)S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使R₀和電流表示數(shù)的乘積為2.5V，并記錄電流表的示數(shù)為I₁；
②斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₁，閉合開(kāi)關(guān)S、S₂，保持滑動(dòng)變阻器的阻值不變，記錄此時(shí)電流表的示數(shù)為I₂；
③通過(guò)燈泡的電流I_L=I₂-I₁，則燈泡L的額定功率P=2.5（I₂-I₁）．
故答案為：（1）B；（2）見(jiàn)上圖；（4）小燈泡斷路；（5）2.2；B；（6）小燈泡實(shí)際電功率太��；（7）S、S₁；S₂；2.5（I₂-I₁）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇、實(shí)物連接、故障分析、功率計(jì)算等．利用電壓表、電流表判斷電路故障時(shí)，要知道電流表無(wú)示數(shù)原因：電路中有斷路現(xiàn)象；電壓表無(wú)示數(shù)原因：與電壓表并聯(lián)部分短路或與電壓表并聯(lián)以外的部分?jǐn)嗦罚?/p>