Question

12．在“测定小灯泡的额定功率”实验中，灯泡上标有“2.5V”字样，电源电压恒定．

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整．
（2）连接完实验电路后，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应放在a端（选填“a”或“b”）．
（3）实验中，在缓慢移动变阻器滑片P的过程中，眼睛应注视电压表的示数，直至灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则灯泡的额定功率为1.0W．
（4）完成上述实验后，小聪向老师要了一个已知阻值为R₀的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，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S₁，将S₂拨到触点2（选填“1”或“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（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=2.5V×（$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$）（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

分析 （1）由灯泡的额定电压确定电压表的量程，电压表与灯泡并联，注意电压表的正负接线柱，滑动变阻器接线柱选择一上一下串联在电路中．
（2）为保护电路，连接电路时，变阻器连入电路中的电阻最大．
（3）根据“灯泡两端的电压为额定电压时，灯泡的功率为额定功率，灯泡正常发光”解决此题；根据实物图可知电流表的量程，并读出电流表的示数；利用P=UI计算灯泡的额定功率；
（4）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，然后通过开关的转换，测量出灯泡和定值电阻两端的电压，保持滑片的位置不动，因电路的连接关系没有改变，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）灯泡额定电压2.5V，所以电压表应选用0-3V量程且与灯泡并联，滑动变阻器按一上一下串联入电路，如图所示：
；
（2）连接完实验电路后，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应放在阻值最大处，即a端；
（3）测量灯泡额定功率时，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，眼睛应先注视电压表的示数，当小灯泡的电压为额定电压2.5V时，读出电流表示数；
根据实物图可知电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，故电流表示数为0.4A，
所以灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.4A=1.0W；
（4）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，
③灯泡额定功率表达式的推导过程：
在第2次操作中，因电路的连接没有改变，各用电器的电阻没有变化，由分压原理，各用电器的电压没有改变，所以此时灯泡仍正常发光；
由于串联电路两端电压等于各部分电压之和，定值电阻R₀两端的电压为U_定=U-2.5V，由欧姆定律可得，此时通过定值电阻的电流：I=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，根据串联电路电流都相等，即为通过灯泡的电流；
灯泡额定功率的表达式：P_额=U_额I=2.5V×（$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$）；
故答案为：
（1）见上图；（2）a；（3）电压表；1.0；（4）①2；2.5；②1；③2.5V×（$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$）；

点评 本题考查了实物电路的连接、实验注意事项、电流表读数、额定功率的计算以及实验步骤的设计等问题；（4）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．