题目内容

某课外实验小组在测定小灯泡额定功率的实验中,实验桌上已经备有下列器材:额定电压为2.5V的小灯泡、电压未知的电源(两端电压不变)、一个已知阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、3个单刀单掷开关、导线若干.
(1)小亮同学设计的实验电路如图1所示,请你写出本实验主要测量步骤及所测物理量.①______,②______.
(2)本实验中,计算小灯泡额定功率的表达式P=______.
(3)若将电流表换为一只电压表而其他器材不变,要再设计一种方案测量小灯泡的额定功率,同组的小刚同学已连接了一部分实验电路(如图2所示),请你设计完成剩余实验电路的连接,并用笔画线代替导线在图2中完成实物电路图其余元件的连接.

解:(1)实验步骤:①根据电路图连接电路,闭合开关S1、S2,断开S3,移动滑动变阻器的滑片P,
使电流表的示数,并记录I1;
③保持滑动变阻器的滑片P位置不变,断开开关S2,闭合开关S3、S1,记录电流表示数I2.
(2)由实验步骤可知,通过灯泡的电流IL=I2-I1,灯泡额定功率PL=ULIL=2.5V×(I2-I1).
(3)利用串联电路电流处处相等测出灯泡正常发光时的电流,然后由P=UI求出灯泡额定功率,定值定值、灯泡、滑动变阻器串联接入电路,利用开关分别测定值电阻与灯泡两端电压,电路图如图所示.
故答案为:(1)①根据电路图连接电路,闭合开关S1、S2,断开S3,移动滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数,并记录I1;
②保持滑动变阻器的滑片P位置不变,断开开关S2,闭合开关S3、S1,记录电流表示数I2.
(2)P=2.5V(I2-I1);(3)电路设计如图所示.
分析:要测灯泡的额定功率,根据R=可知应用电流表测出通过电阻的电流、电压表测出其两端的电压;实验中无电压表、有定值电阻,可根据并联电路的电压特点设计电路,即先用电流表测出通过定值电阻的电流使定值电阻两端的电压为1.5V,再用电流表测出并联电路的电流,进一步根据并联电路的电流特点求出通过灯泡的额定电流,根据P=UI求出灯泡的额定功率.定值电阻、灯泡、滑动变阻器串联,用开关控制电压表分别测量灯泡与定值电阻电压,利用串联电路电流相等测出灯泡正常发光时的电流,然后求出灯泡额定电压.
点评:本题考查了完善实验步骤、设计实验电路等问题,知道实验目的与原理、分析清楚实验电路是完成实验步骤的关键.
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