Question

3．小华同学要测量小灯泡的额定功率，实验室提供的器材有：标有“2.5V”的 小灯泡（电阻约 8Ω）、电池组、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干．

（1）如图甲所示，请你用笔画线代替导线将电路连接完整．
（2）小华在实验过程中，移动变阻器滑片时，小灯泡突然熄灭．经判断，电路故障是小灯泡或电流表被烧坏．查找故障时，在不拆开电路的情况下，他把一根导线接在电流表两端，小灯泡仍不发光，可判断电路故障是灯被烧坏而断路．
（3）小华排除电路故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为 2.5V，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为0.75W．
（4）小华测量完额定功率后，又闭合开关，移动滑片，记录电流表和电压表示数，进行多次实验，绘制出 I-U 图象，如图丙中 a 所示．再将小灯泡换成电阻，重复上述实验过程，绘制出 I-U 图象，如图丙中 b 所示．试分析图象中 A、B、C 三点电阻 RA、RB、RC 大小关系为R_B＞R_C＞R_A（由大到小排列）．
（5）小明在测量小灯泡额定功率的实验中，电压表坏了，他想不用电压表就能测定小灯泡（额定电压已知）的额定功率，为此小明向老师又要了一个阻值为 R0 的定值电阻（阻值适当）和一个开关，借助图甲中原有的实验器材，顺利完成了实验，假如由你来做该实验，要求电路只连接一次，请在虚线框内完成实验电路图．

Answer 1

分析 （1）根据图乙电流表选用小量程串联在电路中，变阻器按一上一上接入电路中；
（2）当导线接在电流表的两端时，就能排除电流表的故障，根据小灯泡不亮，确定故障所在；
（3）根据图乙电流表小量程读数，根据P=UI求灯的额定功率；
（4）定值电阻的I-U图象为一直线，根据灯丝的电阻随温度的升高而变大分析得出三点电阻大小；
（5）在没有电压表的情况下，测量小灯泡额定功率，定值电阻与电流表应起到电压表的测量作用，故先将定值电阻与电流表串联后再与灯并联，通过移动变阻器的滑片，根据欧姆定律和并联电路电压的规律，当电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$，灯正常发光；
保持滑片位置不动，通过开关的转换，使电流表测灯与定值电阻并联的电流I₂，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和电压不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的规律可求出灯正常发光时的电流大小I_L=I₂-I₁，根据P_L=U_LI_L可求额定功率，据此画出电路图．

解答 解：（1）根据图乙电流表选用小量程串联在电路中，变阻器按一上一上接入电路中，如下图1所示：

（2）当导线接在电流表的两端时，就能排除电流表的故障，小灯泡不亮，说明是小灯泡的故障，小灯被烧坏而断路；
（3）电压表的示数为 2.5V，此时电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，则小灯泡的额定功率为：
P=UI=2.5×0.3A=0.75W；
（4）图丙b图线是正比例图线，表示定值电阻的I-U图象，所以B点电阻与a、b相交处电阻相等，
由图线a可知，灯泡两端的电压变大时，电流变大，根据P=UI灯泡的实际功率变大，灯丝温度升高，灯泡的电阻增大，所以R_A＜R_C＜R_交点，即：R_B＞R_C＞R_A．
（5）在上面分析的基础上，电路图如下图2所示：

（步骤：如图连接电路，先闭合S₁，移动滑片子，使电流表示数为为I₁=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$，
保持滑片位置不动，断开S₁、闭合S₂，记下电流表示数I₂）
灯正常发光时的电流I_L=I₂-I₁，则灯的额定功率P_L=U_LI_L=U_L（I₂-$\frac{{U}_{L}}{{R}_{0}}$））
故答案为：（1）如上图1所示；
（2）灯被烧坏而断路；
（3）0.75；
（4）R_B＞R_C＞R_A
（5）如上图2所示．

点评 本题测量小灯泡的额定功率，考查电路的连接、故障分析、额定功率的计算、影响电阻大小的因素及设计实验方案的能力，难度较大．