Question

一只小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时的电流约为0.3A．小雨同学想测量这个小灯泡的额定功率，实验室中有如下器材：一个电压表、一个电流表、一个开关，电压为6V的电源，滑动变阻器，导线若干．


（1）请你用笔画线代替导线，将图1电路连接完整．
（2）电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，出现这一故障的原因可能是

 

．
（3）排除故障后，进行了三次测量，测量数据如下表．当小灯泡正常发光时，电流表示数如图2所示，此时电流为

 

A；小灯泡的额定功率为

 

W．

电压U/V	1	2.5	2.8
电流I/A	0.18		0.28

（4）利用所给器材，该实验装置

 

（选填“能”或“不能”）用来验证欧姆定律中的电流与电压的关系．
（5）完成上述实验后，小雨用了一个已知阻值为R₀的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图3所示的电路，也测出了灯泡的额定功率．请完成下列实验步骤：
①闭合开关S_l，将S₂拨到触点

 

（选填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为

 

V；
②再将开关S₂拨到触点

 

（选填“1”或“2”），保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；
③灯泡额定功率的表达式为P_额=

 

（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

分析：（1）根据灯泡的额定电流确定电流表的量程，把开关、灯泡、电流表串联接入电路，注意滑动变阻器的接法．
（2）电压表有示数，说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，电流表无示数，说明电路断路，从而判断出故障的可能原因．
（3）确定电流表的量程、最小分度值，由图读出电流表的示数；根据公式P=UI求出小灯泡的功率；
（4）要验证欧姆定律中的电流与电压的关系，应保持电阻阻值不变，但小灯泡的电阻随灯泡两端电压的变化而变化，所以利用此实验装置不能用来验证欧姆定律中的电流与电压的关系．
（5）当灯泡两端电压等于额定电压时，灯泡正常发光，因此先让电压表测量灯泡两端电压，使灯泡正常发光，然后测量出灯泡和定值电阻两端的电压，再结合串联电路的特点和欧姆定律求出电路中的电流，最后根据P=UI表示出灯泡的额定功率．

解答：解：（1）灯泡正常发光时的电流为0.3A，所以电流表选择0～0.6A的量程，开关、灯泡、电流表串联接入电路，电路图如图所示：

（2）电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路有断路；电压表有示数，说明在电压表两接线柱与电源相连，故电路故障为灯泡断路．
（3）由图知，电流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.26A，则灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.26A=0.65W；
（4）要验证欧姆定律中的电流与电压的关系，应保持电阻阻值不变，但小灯泡的电阻随灯泡两端电压的变化而变化，所以利用此实验装置不能用来验证欧姆定律中的电流与电压的关系．
（5）①闭合开关S_l，将S₂拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为2.5V；
②再将开关S₂拨到触点1，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U，由于串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以灯泡正常发光时，定值电阻R₀两端的电压为U-2.5V，由欧姆定律可得，此时通过灯泡的电流：I=

U-2.5V

R0

；
③灯泡额定功率的表达式：P_额=

2.5V×(U-2.5V)

R0

．
故答案为：（2）灯泡断路；（3）0.26；0.65；（4）不能；（5）2；2.5；1；

2.5V×(U-2.5V)

R0

．

点评：本题考查了实物电路的连接、故障分析、电流表读数、额定功率的计算以及实验步骤的设计等问题；（5）有一定的难度，要根据测量小灯泡功率的原理以及串联电路的特点完成实验步骤．