Question

15．如图甲是小莉用电压表和电流表测定2.5V灯泡的额定功率的电路

（1）正确连接好电路，闭合开关后，小灯泡发光，但电压表示数为0．经检查，图中a、b、c三根导线中有一根断了，则该导线是c．（填写字母）
（2）排除故障后测量灯泡额定功率：闭合开关，缓慢移动滑片，灯泡亮度逐渐变亮，直至电压表读数为2.5V时停止移动滑片，此时电流表的示数如图乙所示，则灯泡的额定功率是0.5W．
（3）若没有电流表，小莉想利用一个电压表和一个电阻箱测量小灯泡的额定功率．她选择了满足实验要求的实验器材，并按照图丙所示的电路图连接好实物．以下是她设计的实验方案，请将它补充完整：
①只闭合开关S₁，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V；
②下一步操作是：断开S₁、闭合S₂，保持滑片的位置不变，调节电阻箱的旋钮，当电压表示数为2.5V时，读出电阻箱连入电路的阻值R₀；
③利用上述测量出的物理量及已知量，写出小灯泡额定功率的表达式是：P=$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）小灯泡发光，说明电路为通路，然后根据电流流向确定发生断路的导线；
（2）灯在额定电压下的功率为额定功率，在测量小灯泡的电功率时，首先移动滑片，使得电压表的示数等于小灯泡的额定电压，则图中电流表小量程读数，然后根据P=UI得出小灯泡正常工作时的额定电功率；
（3）分别将灯（通过移动滑片使灯正常发光）与电阻箱与变阻器串联连入电路中，调节电阻箱的旋钮，使电压表示数不变，利用等效替代法测量灯的电阻．根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）根据实物图可知，电流从电源正极流出经过开关、电流表、导线a、滑动变阻器、导线b、灯泡回到电源负极，因此导线a、b完好，c发生了断路；
（2）排除故障后测量灯泡额定功率：闭合开关，缓慢移动滑片，灯泡亮度逐渐变亮，直至电压表读数为2.5V时停止移动滑片，此时电流表的示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.2A，则灯泡的额定功率是
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（3）设计的实验方案如下：
①只闭合开关 S₁，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V；
②断开S₁、闭合S₂，保持滑片的位置不变，调节电阻箱的旋钮，当电压表示数为2.5V时，读出电阻箱连入电路的阻值R₀；
③根据等效替代法，灯的电阻与R₀相等，
小灯泡额定功率的表达式P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）c；        
 （2）电压表读数为2.5V；0.5；
（3）①S₁；②断开S₁、闭合S₂，保持滑片的位置不变，节电阻箱；③$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．

点评 此题是“测量小灯泡的电功率”的实验，考查了电压表的连接及电流表的读数，还考查了有关电功率的计算，及等效替代法和设计实验方案的能力，其中（3）小题难度较大．